Memoriu justificativ ……………pg.3 [304571]

Cuprins:

Memoriu justificativ ..………………………………….………………….….…………….…pg.3

1. Introducere …………………………………….….…………………………………………pg.5

2. Sistemul de frânare ………………………….…………………………..…………….………pg.6

2.1 Generalități ………………………………………………………………………………………………………………pg.6

2.2 Clasificarea sistemelor de frânare …………………………………………………………………………………pg.10

2.3 Componența sistemului de frânare ……………………………………………………………………………….pg.11

2.4 Noțiunea de adereță ……………………………………………………………………………………………………pg.12

2.5 Forța de frânare ………………………………………………………………………………………………………….pg.13

2.6 Parametrii capacității de frânare a autovehiculelor …………………………………………………………..pg.15

2.6.1 Decelerația maximă la frânare ………………………………………………………………………………….pg.15

2.6.2 Timpul minim de frânare …………………………………………………………..……..……..….…pg.16

2.6.3 Spațiul minim de frânare …………………………………………………………………………………………..pg.17

2.6.4 Spațiul suplimentar de frânare …………………………………………………………………………………..pg.17

2.6.5 Mecanisme de actionare a franelor………………………………………………………………………………pg.19

3. ABS (Anti-lock Braking System) ……………………………………………………………………………………pg.23

3.1 Scurtă istorie a ABS-ului ……………………………………………………………………………………………pg.23

3.2 [anonimizat]; stabilitatea autovehiculului în timpul frânării ……………………… .pg.24

3.3 [anonimizat] ……………………………………………………… ……………………pg.27

3.4 Elemente componente ale subansamblului mecatronic ABS ………………… …………………………pg.31

3.4.1 Captorii de viteză ai roții ………………………………………………………….. ………………………………pg.32

3.4.1.1 Captorii pasivi …………………………………………………………. …………………………………………..pg.32

3.4.1.2 Captorii activi ………..isme de actionare a franelor………………………………………………………………………………pg……………………………………………………………………………………………………pg.33

3.4.2 Captorul I.L.S…………………………………………………………………………………………………………….pg.35

3.4.3 Captorul analogic……………………………………………………………………………………………………….pg.36

3.4.4 Contactorul STOP………………………………………………………………………………………………………pg.37

3.4.5 Vehicule cu 4 roti motoare…………………………………………………………………………………………..pg.38

3.4.6 Blocul ABS ………………………………………………………………………………………………………. ……pg.39

3.4.6.1Grupul hidraulic ……………………………………………………………………………………………….. …..pg.40

3.4.6.1.1. Funcționarea grupului hidraulic ……………………………………………………………………. ……pg.40

3.4.6.2. Calculatorul ABS-ului …………………………………………..….……….……………pg.45

3.5 Rețeaua multiplexată …………………………………………………………………………………………….. …..pg.47

4.Concluzii…………………………………………………………………………….………………… ….pg.56

Bibliografie …………………………………….…………………………………………………..… ……pg.57

Memoriu justificativ

Pe suprafetele cu aderenta mare, uscate sau ude, majoritatea masinilor echipate cu ABS obtin distante de franare mai bune (mai scurte) decat cele fara ABS. Un sofer cu abilitati medii pe o masina fara ABS ar putea printr-o franare cadentata, sa atinga performantele unui sofer incepator pe o masina cu ABS. Totusi pentru un numar semnificativ de soferi ABS-ul imbunataseste distantele de franare in varii conditii. Tehnica recomandata pentru soferi intr-o masina echipata cu ABS, intr-o situatie de urgenta, este sa apese pedala de frana pana la fund si sa ocoleasca eventualele obstacole.

In asemenea situatii ABS-ul va reduce semnificativ sansele unui derapaj si pierderea controlului, mai ales pentru masinile grele.

Pe zapada si macadam ABS-ul mareste distantele de franare. Pe aceste suprafete, rotile blocate s-ar adanci si ar opri vehicolul mai repede, dar ABS-ul previne acest lucru. Unele modele de ABS reduce acest efect marind timpul de ciclare, lasand astfel rotile sa se blocheze in mod repetat pentru perioade scurte de timp. Avantajul ABS-ul pe aceste suprafete este imbunatatirea controlului masinii si nu franarea, desi pierderea controlului pe aceste suprafete ramane totusi posibila.

Odata activat, ABS-ul va face ca pedala sa pulseze. Unii soferi, simtind acest efect, reduc apasarea pe pedala si maresc astfel distanta de franare. Acest lucru contribuie la marirea numarului de accidente. Din acest motiv unii constructori au implementat sisteme de asistenta la franare ce mentin forta de franare in situatii de urgenta.

Parlamentul European a validat propunerea Comisiei Europene in privinta dotarii tuturor autoturismelor, incepand din 2009, cu un sistem de asistare la franare (ABS).
Prin urmare, incepand din anul 2010, toate automobilele noi sunt echipate "din productie" cu ABS.
Conform statisticilor, daca toate automobilele aflate in parcul auto european ar fi fost echipate cu acest sistem, circa 1.100 dintre pietonii implicati anual in accidente rutiere ar fi fost salvati.Asta in conditiile in care, in octombrie 2006, doar 41% dintre vehiculele noi erau echipate cu ABS.
Urmatorul pas, in cadrul unui vast program european de ameliorare a securitatii rutiere, a fost introducerea in dotarea standard, a sistemului electronic de control al stabilitatii (ESP), incepand din anul 2012.

1. Introducere

Nu se poate spune sigur cand a fost inventat automobilul, aceasta deoarece a suferit dea lungul timpului numeroase modificări si a fost perfecționat în mod continuu. Totuși pentru a avea un reper temporar mai exact, s-a stabilit data de 29 ianuarie 1886 ca moment în care a fost inventat automobilul. Aceasta este de fapt data când inginerul Carl Benz din Mannenheim a obținut brevetul pentru primul vehicul acționat de un motor cu ardere internă. Carl Benz nu putea ști că acest document urma să fie considerat, mai târziu, certificatul de naștere al automobilului și nici nu putea bănui faptul că brevetul său avea să devină piatra de temelie pentru construirea a milioane de mașini, în lumea întreagă.

Cum arăta ’’automotorul brevetat’’ conceput de Carl Benz? Nu se asemăna câtuși de puțin cu un automobil de astăzi, aducea mai degrabă cu o trăsură deschisă, din cele trase de cai. Pe axa din spate erau fixate două roți subțiri, aproape de înălțimea unui om, cu anvelope din cauciuc dur și spițe din sârmă. În fața scândurii de suport pentru picioare era dispusă o mică roată cu spițe, cu ajutorul căreia vehiculul putea fi condus, printr-un sistem de pârghii. Dacă s-ar mai întâlni cineva astăzi pe stradă cu un asemenea triciclu, i-ar fi greu să creadă că este vorba de un automobil. Și totuși era cel dintâi vehicul automobil – adică autopropulsat!

Automobilul de astăzi este un complex de subansamble mecatronice menite să îmbunătățească la maximum parametrii de funcționare ai motorului ,să măreasca siguranța circulației, să protejeze mediul înconjurător și să crească confortul pasagerilor.

Acest lucru este posibil cu ajutorul a sute de senzori ,servomotoare si calculatoare care controlează fiecare subansamblu al autovehiculului. Până și aprinderea unui banal bec de plafonieră se face cu ajutorul unui microcontroller (microchip cu soft integrat) pentru a aprinde lumina treptat și nu brusc. Simpla acțiune de parcare a automobilului este asistată de senzori de parcare, camere video sau mai nou este executată automat de autovehicul.

În ceea ce privește siguranța circulației, există numeroase siteme de protecție printre care amintim: airbagurile (frontale, laterale, cortină, pentru genunchi); ABS-ul, care este un sistem de antiblocare a roților la frânarea de urgență, cu rolul de a reduce distanța de frânare și de a menține automobilul pe direcția dorită; ESP-ul este un program care asigură împreună cu ABS-ul stabilitatea automobilului pe suprafete alunecoase etc. Toate aceste sisteme mecatronice necesita senzori, calculator, soft și elemente de acționare.

Este de la sine înțeles că diagnosticarea si repararea automobilelor moderne necesită un personal din ce in ce mai specializat, la intersecția celor trei domenii: mecanică, electronică și informatică, într-un cuvânt mecatronică.

Practic, din automobilul de acum 100 de ani nu au mai rămas decât principiile de funcționare ale motoarelor (Otto si Diesel), dar si acestea vor dispărea odată cu dispariția resurselor petroliere, când omenirea va trece la automobile electrice.

2. Sistemul de frânare

2.1 Generalități

Sistemul de frânare are rolul de a reduce viteza autovehiculului total sau parțial, de imobilizare a autovehiculului staționat sau de asigurare a unei viteze constante la coborârea unei pante.

Încetinirea sau oprirea roților este obținută prin frecarea între un element fix, conectat într-un fel sau altul cu caroseria sau șasiul vehiculului (plăcuțe de frână sau saboți) și un element solidar cu roțile în mișcare (discuri de frână, tamburi).

Capacitatea de franare prezinta o importanta deosebita ce determina direct necesitatea activa a automobilului și posibilitatea de monitorizare integrala a vitezei și acceleratiei acestuia in timpul exploatarii. In timpul franarii o parte din energia cinematica acumulata de autovehicul se transforma in energie termica prin frecare, iar o parte se consuma pentru invingerea rezistentelor la rulare si a aerului care se opune miscarii. De aici rezultă că elementele sistemului de frânare între care există frecare trebuie să aibă o bună rezistență la temperatură înaltă și o bună conductibilitate termică.

Sistemele de frânare actuale sunt capabile să obțină decelerații de 6 …6,5 m/s² pentru autoturisme și de 6 m/s² pentru camioane. Efectul este maxim când roțile sunt frânate până la limita de blocare.

2.2 Rolul sistemului de franare

Sistemul de frânare trebuie să îndeplinească urmatoarele condiții :

-să asigure reducerea vitezei automobilului până la o valoare dorită sau chiar până la oprirea lui;

-să asigure imobilizarea autovehiculului în pantă;

– menținerea constantă a vitezei automobilului în cazul coborârii unor pante lungi;

-să fie capabil de anumite decelerații impuse;

-frânarea să fie progresivă, fără șocuri;

-să nu necesite din partea conducătorului un efort prea mare;

-efortul aplicat la mecanismul de acționare al sistemului de frânare să fie proporțional cu decelerația, pentru a permite conducatorului să obțină intensitatea dorită a frânării;

-forța de frânare să acționeze în ambele sensuri de mișcare ale automobilului;

-frânarea să nu se facă decât la intervenția conducătorului;

-să asigure evacuarea căldurii ce ia naștere în timpul frânării;

-să se regleze ușor sau chiar în mod automat;

-să aibă o construcție simplă și ușor de întreținut.

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.

In procesul de frânare intervin trei tipuri de factori esențiali:

– Factori mecanici;

– Factori psihologici:

-Timpul de reactie;

-Distanta de oprire;

– Factori fizici;

Factori mecanici:

Incetinirea sau oprirea rotilor este obtinuta prin aparitia unei forte de frecare datorata contactului dintre un element fix (placute de frana sau saboti) si un element solidar cu rotile aflate in miscare (discuri de frana, tamburi).

Sistemul de franare trebuie sa transforme energia cinetica in energie termica si sa evacueze cat mai rapid aceasta caldura.

De aici rezulta urmatoarele calitati indispensabile :

– o buna rezistenta la temperatura inalta ;

– o buna conductibilitate termica.

Factori psihologici:

Timpul de reactie

Acesta este timpul care se scurge intre perceptia obstacolului si debutul efectiv al franarii. Acest timp, variaza in functie de individ si in functie de starea generala a organismului, este in medie de 0,75 sec.

Distanta de oprire

Este distanta parcursa pe durata timpului de reactie plus distanta de franare.

Pe de alta parte distanta de franare optima este in functie de:

– de viteza vehiculului;

– de coeficientul de frecare;

– de deceleratia posibila (functie de caracteristica de franare a vehiculului).

Distanta parcursa intr-o secunda:

Soferul trebuie sa se adapteze la conditiile de trafic si la starea drumului. Acesta trebuie sa aprecieze distantele de oprire si viteza limita de intrare intr-un viraj care sa-i permita controlul vehiculului dupa legile fizicii. Pe de alta parte, conditia tehnica a vehiculului ramane intotdeauna primordiala : amortizoare, frane, starea si presiunea de umflare a pneurilor.

Distanta de oprire a unui autovehicul pe sol uscat cu deceleratia de 6 m/s2

Factori fizici

In timpul unei franari, daca roata se blocheaza si derapeaza fara sa se invarta exista pierdere de aderenta. Cum o diferenta de aderenta intre roti exista, vehiculul se aseaza transversal si isi urmeaza traiectoria rasucindu-se in jurul axei verticale.

Atunci cand se elibereaza pedala de frana, vehiculul se stabilizeaza si reia o traiectorie urmandu-si axa longitudinala diferita de prima. In acelasi mod, se constata ca directia devine inoperanta atunci cand rotile fata sunt blocate.

2.3 Clasificarea sistemelor de frânare

Sistemele de frânare, după rolul pe care-l au, se clasifică în:

– sistemul principal de frânare, întâlnit și sub denumirea de frâna principală sau de serviciu, care se utilizează la reducerea vitezei de deplasare sau la oprirea automobilului. Datorită acționării, de obicei prin apăsarea unei pedale cu piciorul, se mai numește și frâna de picior;

– sistemul staționar de frânare sau frâna de staționare care are rolul de a menține automobilul imobilizat pe o pantă, în absența conducătorului, un timp nelimitat, sau suplinește sistemul principal în cazul defectării acestuia. Datorită acționării manuale, se mai numește și frâna de mână. Frâna de staționare este întâlnită și sub denumirea de „frână de parcare" sau „de ajutor".

Frâna de staționare trebuie să aibă un mecanism de acționare propriu, independent de cel al frânei principale. Decelerația recomandată pentru frâna de staționare trebuie să fie egală cu cel puțin 30% din decelerația frânei principale, în general, frâna de staționare preia și rolul frânei de siguranță;

– sistemul suplimentar de frânare sau dispozitivul de încetinire, care are rolul de a menține constantă viteza automobilului, la coborârea unor pante lungi, fără utilizarea celorlalte sisteme de frânare. Acest sistem de frânare se utilizează în cazul automobilelor cu mase mari sau destinate special să lucreze în regiuni de munte, contribuind la micșorarea uzurii frânei principale și la sporirea securității circulației.

Sistemul de frânare se compune din frânele propriu-zise și mecanismul de acționare a frânelor. După locul unde este creat momentul de frânare ( de dispunere a frânei propriu-zise ), se deosebesc: frâne pe roți și frâne pe transmisie.

După forma piesei care se rotește, frânele propriu-zise pot fi:

– cu tambur (radiale);

– cu disc (axiale);

– combinate.

După forma pieselor care produc frânarea, se deosebesc:

– frâne cu saboți;

– frâne cu bandă;

– frâne cu discuri;

– combinate.

După tipul mecanismului de acționare, frânele pot fi:

– cu acționare directă, pentru frânare folosindu-se efortul conducătorului;

– cu servoacționare, efortul conducătorului folosindu-se numai pentru comanda unui agent exterior care produce forța necesară frânării;

– cu acționare mixtă, pentru frânare folosindu-se atât forța conducătorului, cât și forța dată de un servomecanism.

2.4 Componenta sistemului de frânare

Componenta sistemului de franare

Pedala de frâna transmite efortul exercitat de piciorul conducătorului prin intermediul amplificatorului de frânare (servofrână) către cilindrul principal de frână . Aceasta generează și distribuie lichidul de frână sub presiune prin blocul de supape spre frânele față și spate, care îl transformă cu ajutorul cilindrilor receptori, în efort mecanic (frecare) pentru a încetini, opri sau imobiliza roțile.

Asistența la frânare sau amplificatorul de frânare (servofrâna) este situat între pedala de frână și pompa de frână, în compartimentul motor. Amplificatorul de frânare (servofrâna) are ca scop creșterea forței exercitate de conducător asupra pompei de frână. Principiul constă în crearea unei diferențe de presiune între două camere separate de o membrană grație:

– depresiunii din galeria de admisie în cazul unui motor pe benzină,

– cu ajutorul unei pompe de vacuum în cazul unui motor diesel.

Frâna de staționare acționează direct prin cabluri pe frânele spate (cu tamburi).

3 CONSTRUCȚIA SI FUNCȚIONAREA SISTEMULUI DE FRÂNARE

3.1 Tipuri de frâne cu tambur si saboți interiori

Momentul de franare poate fi variat in mod substantial in functie de modul de dispunere al sabotilor.

In functie de tipul celor doi saboti exista urmatoarele tipuri de frane cu tamburi si saboti interiori: simplu, dublu, duo-dublu si servo(uni-servo si duo servo).

Simplex – cu deplasare egala a sabotilor:

– Cu saboti articulați;

– Cu saboti flotanti.

Are o eficacitate pentru ambele sensuri de rotatie ale tamburului stabilitate foarte buna, nu este echilibrata.

Cu actionare cu forte egale a sabotilor (deplasare independenta):

– Cu saboti articulati;

– Cu saboti flotanti.

Are o eficacitate mai ridicata ca in cazul precedent si identica pt ambele sensuri de rotatie ale tamburului.

Are o stabilitate buna, nu este echilibrata si are o uzura diferita a garniturilor de frecare.

Duplex

– cu saboti articulati ;

– cu saboti flotanti.

Are o eficacitate mare la mersul inainte si foarte mica la mersul inapoi, stabilitatea medie. Regimul de lucru si incarcare al celor doi saboti identic si este echilibrata.

Duo-duplex cu saboti flotanti

Are o eficacitate mare si identica pentru ambele sensuri de rotatie ale tamburului. Stabilitate medioacra, regimul de lucru si incarcare al celor doi saboti identic si este echilibrata.

Servo ( uni-servo)

– cu saboti articulati ;

– cu saboti flotanti .

Eficacitate foarte mare la mersul inainte (uni-servo) si identica pt ambele sensuri de rotatiei ale tamburului (duo-servo), stabilitate foarte mica, regim diferit de lucru si incarcare al celor doi saboti si nu este echilibrata.

3.1.1 Frana Simplex

Frana simplex are in compunere un sabot primar si unul secundar care pot fi articulati sau flotanti. In functie de modul de actionare al sabotilor se deosebesc: frana cu deplasare egala a sabotilor si forta de actionare diferite frane cu deplasare independenta a sabotilor in forte de actionare egale.

Frana simplex cu deplasare egala a sabotilor are o uzura egala a sabotilor de frecare. Momentul de franare este cu ceva mai redus decat la frana simplex cu forte egale de actionare a sabotilor. Deplasarile egale ale sabotilor se realizeaza cu dispozitive mecanice cu o cama simpla sau cu pene transversale.

Frana simplex cu actionarea sabotilor cu forte egale prezinta o uzura mai mare a garniturii de frecare a sabotului primar. Actioarea acestei frane se face in general cu un dispozitiv hidraulic (cu pistoane avand acelas diametru) si mai rar cu un dispozitiv mecanic. Aceste frane prezinta o constructie simla si rigida.

Frana simplex nu este echilibrata, transmitindu-se o reactiune radiala care incarca suplimentar lagarele rotii.

Fig. 1.1.Constructia franei simplex.

In fig1.1 .se prezinta constructia unei frana simplex la care sabotii 13 si 14 sunt articulati la capatul de jos in bolturile 4, fixate pe talerul 6, si stranse cu piulita 7. Tot de taler este fixat si cilindrul receptor 17, prevazut cu arcul 18. Garnitura de fracare a sabotului 13 (primar), are o lungime mai mica decat a sabotului 14 (secundar) pentru a se obtine o uzura uniforma.

Jocul la partea superioara a sabotilor se regleaza cu excentricul 3, prevazut cu bolturile 8, pe care se afla arcurile 9 pentru fiecare excentric in diferite parti. Arcul 16 mentine sabotii sprijiniti pe excentricul 3. La patrea inferioara sabotii sunt prevazuti cu bucsele excentric 5, montate pe bolturile 4, servind la reglarea jocului dintre sabotii tambur la partea inferioara. Fiecare sabot este asigurat sa nu se deplaseze lateral cu ajutorul arcului 11, srtans sub sabotii 12 de prezonul 10 fixat pe taler.

Mecanismul de actionare pentru frana de stationare este compus din levierul (parghia 2 ), articulat in punctul 19, tija 1 si cablul de actionare 15.

3.1.2 Frana Duplex

Frana duplex are in compunere doi saboti primari independenti care pot fi articulati sau flotanti. Prin dispunerea sabotilor astfel incat ambii sa lucreze ce saboti primari momentul de franare creste mult.Coeficientul de eficacitate pentru franra duplex depinde de mersul de rotatie a tamburului.

In cazul in care sabotii sunt primari pentru ambele sensuri de rotatie a tamburului frana poarta denumirea de duo-duplex.

Frana duo-duplex prezinta avantajul unei eficacitati ridicate atit la mersul inainte cat si la mersul inapoi avand acelasi coeficient de eficacitate.

Frana duplex este o frana echilibrata si realizeaza aceeasi uzura a garniturilor de frecare.

Deficienta franei duplex cu saboti primari, numai la mersul inainte consta in obtinerea unui moment de franare redus la mersul inapoi al automobilului. Valoarea momentului de franare obtinut la mersul inapoi determina marimea pantei pe care poate fi imobilizat un automobil cu frana de stationare. Deficienta aceasta se inlatura daca se utilizeaza frana duo-duplex.

Fig. 1.2.Constructia franei duplex

1. – arc de readucere saboti; 2.- saboti; 3,5 –saibe; 4- arc; 6- bolt; 7 – cilindru hidraulic; 8.- tambur; 9- taler; 10- bolt; 11- tampon; 12- rondela; 13- bucsa excentrica; 14- contra piulita; 15- racord; 16- canal.

Pozitia sabotului pe taler este asigurata in afara de articulatia de boltul 10, cu ajutorul tamponului 11, boltului 6, saibelor 3 si 5 si arcului 4.

Reglarea jocului dintre sabot si tambur se face la ambele capete ale sabotilor. La capatul dinspre cilindru reglarea se face prin excentric (canale) 16, iar la capatul articulat prin bucsa excentric 13 care se roteste impreuna cu boltul 10

Fig 1.3. Constructia franei duo-duplex .

1-tambur; 2,13- bolturi de sprijin; 3,7- saboti; 4,8,11,12- arcui de readucere; 5,9 – dispozitiv de reglare joc dintre sabot si tambur; 6,10- cilindru receptor; 14,15- brate.

In fig de mai sus (1.3.) se prezinta constructia unei frane duo-duplex cu saboti flotanti.

La franare pistoanele din cei doi cilindrii departeaza sabotii, iar acestia sub actiunea fortelor de frecare se deplaseaza pe directia de rotatie. Fiecare sabot are doua rezerve fixe pe care se sprijina in functie de sensul de rotatie al tamburului.

Daca sensul de rotatie este cel indicat pe figura atunci sabotul 3 sub actiunea pistonului cilindrului 6, si a fortei de frecare se va sprijini pe opritorul 13. In acelasi timp sabotul 7 sub actiunea pistonului cilindrului 10 si a fortei de frecare se sprijini pe opritorul 2.

La rotatia in sens invers sabotul 3 se va sprijini in opritorul 2, prin intermediul bratului 15 iar sabotul 7 in opritorul 15 prin intermediul bratului 14.

3.1.3 Frana Servo

Frana servo sau frana cu amplificare are doi saboti primari, iar sabotul posterior este actionat de catre sabotul anterior. Datorita fortelor de frecare dintre sabotul anterior si tambur forta de actionare a sabotului posterior este mai mare in comparatie cu forta de actionare a sabotului anterior. In modul acesta momentul de franare se mareste in mod substantial.

In cazul in care sabotii sunt primari numai la mersul inainte, frana poarta denumirea de uniservo, iar in aczul in care sabotii sunt primari pentru ambele sensuri de mers, frana ste intilnita sub numele de duo-servo.

Frane servo nu este echilibrata incarcand suplimentar gaurile rotii.

Fig 1.4. Constructia franei uniservo.

1- tambur; 2- bolt pentru articulatie sabot 4; 3,4- saboti; 5,7- arcuri; 6- cilindru receptor;

8- dispozitiv de reglare joc dintre sabot si tambur.

In figura 1.5. se prezinta constructia franei duo-servo. Capetele superioare ale sabotilor 1,2 sunt apasate cu ajutorul arcurilor pe Reazemul imobil 5, iar capetele inferioare sunt legate inter ele prin dispozitivul de reglare 4 si printr-un arc. La franare pistoanele cilindrului receptor 6 actioneaza sabotii 1,2 prin intermediul tamponului 3. Venind in contact cu tamburul de franare sabotii se deplaseaza in sensul de rotatie pana cand unul din ei ajunge in contact cu opritorul 5. In functie de sensul de rotatie fie ca sabotul 1 actioneaza sabotul 2, prin intermediul dispozitivului de reglare 4, fie ca sabotul 2 actioneaza sabotul 1. Excentricul 7 serveste la reglarea jocului sabotului 2.

Fig 1.5. Constructia franei duo-servo

3.2 Tipuri de frâne cu disc

Extinderea utilizării frânelor cu disc la automobile se explică prin numeroasele avantaje pe care le prezintă în raport cu frânele cu tambur, cele mai importante fiind: posibilitatea măririi suprafețelor garniturilor de frecare; distribuția uniformă a presiunii pe suprafețele de frecare și, drept consecință, uzarea uniformă a garniturilor și necesitatea reglării mai rare a frânei; suprafață mare de răcire și condiții bune pentru evacuarea căldurii; stabilitate în funcționare la temperaturi joase și ridicate; echilibrarea forțelor axiale și lipsa forțelor radiale; posibilitatea funcționării cu jocuri mici între suprafețele de frecare, ceea ce permite să se reduci timpul de intrare în funcțiune a frânei; înlocuirea ușoară a garniturilor de frecare realizează reglarea automată a jocului dintre suprafețele de frecare printr-o construcție mai simplă; nu produc zgomot în timpul frânării.

Frânele cu disc pot fi de tip deschis sau închis. Cele de tip deschis se utilizează mai ales la autoturisme, pe când cele de tip închis în special la autocamioane și autobuze.

3.2.1 Frâna cu disc deschisă

In fig 1.13, 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 1.13. 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(fig.1.14.). 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 1.14. 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 1.15. 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 1.15.Utilizarea franei disc ca frana de stationare.

In fig 1.15.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 1.15.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.

3.2.2 Frâna cu disc închisă

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

In fig 1.16.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.1.16. Frana cu disc inchisa a franei Chrysler.

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.

3.3 Frâne suplimentare

La autovehiculele cu masă mare, destinate transportului urban, cu opriri dese, sau circulației pe drumuri de munte – unde trebuie să coboare pante lungi – este necesar să se prevadă frâne suplimentare (dispozitive de încetinire), care să permită scăderea gradului de solicitare a frânelor de serviciu.

După principiul de funcționare, ele pot fi: de motor, electrodinamice și hidrodinamice. Fiind mai simplă din punct de vedere constructiv, se utilizează mai mult frâna de motor.

Frâna de motor. În figura 12 este reprezentată schema de principiu a frânei de motor utilizată la autocamioane și autobuze. Această frână produce obturarea galeriei de evacuare cu ajutorul unei clapele, concomitent cu blocarea admisiei combustibilului, ceea ce face ca motorul să funcționeze ca un compresor, producând frânarea automobilului prin intermediul transmisiei. Frâna este prevăzută cu doi cilindri, legați în paralel l pentru acționarea clapetei de obturare 2, iar 10 pentru blocarea admisiei combustibilului, fiind acționați pneumatic de la supapa de aerisire 7.

Frâna hidrodinamică sau retarder. Acest tip de frână are, față de celelalte sisteme de frânare,cea mai mare putere specifică de frânare. Frâna hidrodinamică formată numai din pompă și din stator constituie frâna hidraulică sau retarder care funcționează ca un hidroambreiaj la care turbina este blocată. Energia de frânare transformată "în energie calorică înmagazinată în ulei poate fi ușor evacuată prin trecerea uleiului prin schimbătoare de căldură. La viteze foarte reduse, frânarea hidrodinamică nu este eficientă decât dacă se mărește diametrul rotorului sau se dublează numărul rotoarelor. În general, retarderele se montează la ieșirea din cutia de viteze, statorul fiind montat pe carterul cutiei de viteze, iar pompa pe arborele secundar al acesteia. La autocamioane, de regulă, retarderul este integrat transmisiei automate deși, uneori este folosit ca element separat.

Frâna electromagnetică se recomandă pentru automobilele și autotrenurile cu masă mare, mai ales dacă instalația electrică a acestora include un generator de curent alternativ. De asemenea, frâna electromagnetică se utilizează și la punțile remorcilor sau semiremorcilor cu sarcină utilă mare. Acționarea acestor dispozitive este simplă și poate fi automatizată. Frânele electromagnetice mai răspândite sunt de două tipuri, cu indusul sub formă de disc și cu indusul sub formă de tambur (clopot).

În figura 13 se prezintă frâna electromagnetică realizată de firma Telma, care este în prezent cea mai cunoscută. Statorul constă din două plăci de oțel ambutisate, fixate între ele și montate pe suporți elastici pe cadrul automobilului. Pe ambele părți ale statorului sunt montate câte opt înfășurări 1. Rotorul (indusul) cuplat la arborele transmisiei, este constituit din două discuri 2 din oțel moale, cu nervuri pe suprafața exterioară, pentru o răcire mai bună. Acestea sunt fixate pe un butuc montat pe doi rulmenți cu role. Cu cât este mai redus jocul dintre indus și polii electromagneților, cu atât este mai mare momentul de frânare.

Fig 13. Părțile componenteale frânei electromagnetice

3.4 Mecanisme de actionare a franelor

Transmiterea comenzii de la pedala/ parghie la frane se poate realiza mecanic, hidraulic, pneumatic, electric sau mixt.

3.4.1 Actionarea mecanica

Se realizeaza obisnuit prin sisteme de parghii si cabluri. In prezent mai este utilizata la frana de serviciu datorita unor dezavantaje:

– necesitatea reglarii frecvente;

– apar deformatii ale elementelor, uzuri necontrolabile;

– randament scazut;

Se mai utilizeaza doar la franele de stationare.

Pentru menținerea frânei în stare acționată se prevede un sistem de blocare cu clichet.

Astfel cablurile flexibile, 4, care realizeaza actionarea franelor, sunt actionate de parghia de egalizare, 3, actionata de levierul 1. Imobilizarea levierului in pozitia „franat” este realizata de mecanismul cu clichet 2.

3.4.2 Actionarea hidraulica

În prezent, la automobile, acționarea hidraulică a frânelor este cea mai răspândită, datorită următoarelor avantaje:

– actioneaza simultan pe toate franele;

– randament ridicat;

– poate fi cu mai multe circuite, pe punti sau pe roti;

– cursa reala a pedalei buna;

– constructie simpla;

– reglare usoara;

Dezavantaje:

– spargerea unei conducte duce la defectarea intregului sistem;

– are elasticitate la patrunderea aerului in sistem;

– sensibil la temperatura;

Principiul de funcționare se bazează pe transmiterea forței de acționare, exercitată de conducător asupra pedalei, lichidului închis în instalația sistemului și folosirea presiunii dezvoltate în masa lichidului pentru acționarea cilindrilor de frână.

Sistemele de acționare hidraulică pot fi: cu cu simplu circuit sau cu dublu circuit.

Pompa centrala ,2, este cu dublu circuit, pentru fata si spate, fiind actionata de pedala 1. O sectiune a pompei comanda franele 4, ale puntii fata, iar a doua sectiune comanda franele 8 ale puntii spate. Supapa de siguranta dubla, 6, are rolul de a izola un circuit atunci cand in acesta apar deficiente.

3.4.3 Actionarea mixta (hidraulica cu servomecanism)

La automobilele care au greutatea totală Ga > 35 • IO3 N, precum și la autoturismele de clasă mijlocie și mare, prevăzute cu frâne cu coeficient de eficacitate redus (frâne cu disc), forța conducătorului, aplicată pe pedala de frână, nu mai asigură o frânare suficient de eficace. In acest caz, datorită acestui fapt, acționarea hidraulică este asociată cu un servomecanism care asigură o creștere suplimentară a presiunii lichidului din conducte.

In funcție de sursa energiei utilizate, mai răspândite sunt următoarele tipuri de servomecanisme:

-servomecanismul cu depresiune (vacuumatic), care utilizează energia depre
siunii create în colectorul de admisiune al motorului cu aprindere prin scânteie sau
de o pompă de vacuum antrenată de motorul automobilului;

-servomecanismul pneumatic, care utilizează energia aerului comprimat,
debitat de un compresor antrenat de motorul automobilului.

Acționarea hidraulică cu servomecanism vacuumatic. Acționarea hidraulică cu servomecanism vacuumatic se utilizează la autoturismele cu capacitate cilindrică medie și mare, precum și la unele autocamioane ușoare.

Servomecanismul este intercalat între pedala de frână și pompa centrală simplă sau în tandem.

Acționarea hidraulică cu servomecanism pneumatic. Datorită faptului că servomecanismele vacuumatice nu pot dezvolta forțe mari, la automobilele cu sarcină utilă mare se folosesc servomecanisme care utilizează energia aerului comprimat.

Servomecanismele pneumatice se utilizează, mai ales, la autocamioanele și autobuzele prevăzute cu o sursă de aer comprimat, fie pentru frânarea remorcilor, fie pentru deschiderea ușilor etc.

Repartizarea presiunii de franare se efectueaza in diagonala : fiecare circuit de franare actioneaza pe o roata fata si pe roata spate diagonal opusa.

– Avantaj : oricare ar fi circuitul defect pierderea de eficacitate este constant de 50%.

– Dezavantaj : in caz de defectiune, sub actiunea fortelor de franare, vehiculul va avea tendinta de a trage spre stanga sau spre dreapta.

3.4.4 Actionarea electrica

Acest concept este inca in cercetare si dezvoltare, fiind un pas important spre crearea automobilului 100% electric sau chiar a automobilelor complet autonome, care nu au nevoie de participarea activa a conducatorului.

Firma Mercedes a incercat introducerea unui astfel de sistem de franare 100% electric, insa a fost retras la scurt timp de pe piata deoarece performantele efective si durata de viata s-au dovedit a fi cu mult mai mici decat ale franelor clasice, cu actionare hidraulica. In acest domeniu s-au demarat trei proiecte de frana electrica. Unul de catre firma Continental, ce mentinea sistemul de franare clasic, pe baza de discuri de frictiune, actionarea fiind realizata de un motor electric, prin intermediul unui reductor, cu rol de amplificare a momentului, si deplasare prin intermediul unui surub cu bile.

Alte doua proiecte de frana electrica au fost demarate separat de firmele Siemens VDO si Bosch. Acestea au venit cu un nou concept de frana electrica, denumit Electronic Wedge Brake (EWB), ce va fi prezentat in cele ce urmeaza. In urma cumpararii firmei Siemens VDO de catre firma Continental, proiectul pentru frana electrica a fost sistat. In cele ce urmeaza este prezentat tocmai acest proiect, fiind unul inovator si care, in urma testelor s-a dovedit a fi si cel mai eficient.

Sistemul EWB ce era cercetat de firma Siemens VDO era programat sa apara in productia de serie a automobilelor din Germania in 2008 ca o prima parte a unui concept mai larg numit ’’ eCorner ‘’. Acest sistem a fost conceput sa elimine sistemele hidraulice de actionare a franei din tehnologiile actuale. El lucreaza pe acelasi principiu utilizat la franarea trasurilor trase de cai, unde o pana era utilizata pentru a bloca roata. Sistemul EWB, insa, se bazeaza pe tehnologii senzoriale sofisticate si electronica pentru a impiedica frana sa se blocheze si sa asigure o franare foarte eficienta si controlata.

Pana foloseste energia cinetica a autovehiculelor, convertind-o in energie de franare. Astfel, noul concept necesita doar o zecime din energia necesara in sistemele hidraulice pentru obtinerea aceleasi forte de franare. In ciuda eficientei net superioare, acest nou concept de frana are de asemenea dimensiuni mai mici, ce reduc greutatea totala a autovehicolului, iar prin eliminarea rezervorului si conductelor pentru lichidul de frana si a altor sisteme, se va elibera un spatiu de aproximativ 22 litri in compartimentul motorului, oferind designerilor noi posibilitati.

De asemeni, sistemul de antiblocare a franei (ABS) si sistemele aditionale de stabilitate si asistenta la franare vor fi inlocuite de un software integrat in sistemul EWB. Acest lucru necesita un nou algoritm care sa preia aceste functii, permitand noii frane sa reactioneze mai rapid decat sistemul ABS. Astfel, daca sistemul ABS necesita intre 140 si 170 milisecunde pentru atingerea fortei maxime de franare, EWB necesita doar 100 ms, scurtand astfel distanta de franare.

Un vehicol folosind sistemul EWB are un modul inteligent, separat pentru fiecare roata. Modulul consta dintr-un sabot de frana, pana si rulmenti conici, transmisia pentru cele doua motoare electrice si un sistem senzorial pentru detectarea miscarii si a fortei. Senzorii masoara viteza fiecarei roti, fortele ce apar si pozitia penei actionand frana de aproximativ o suta de ori pe secunda sau chiar la rezolutii mai mari. Cand soferul actioneaza pedala de frana, sistemul tranzmite un semnal electronic de franare modulelor interconectate. Depinzand de citirile senzorilor si de intensitatea semnalelor de franare primite, motoarele electrice deplaseaza pana in pozitia dorita. Aceasta miscare este realizata prin rulmenti conici de mare viteza, alcatuiti din cateva suruburi cu bile, ce preseaza sabotul de rotor.

Efectul de franare este unul ‘’autoalimentat’’, acumuland forta foarte repede. Controlul inteligent eliminand riscul ca pana sa blocheze accidental frana. Principiul controlului logic de tip ‘’fuzzy’’(difuz) a fost adoptat de la sistemele critice de securitate folosite in aeronautica si adaptat pentru utilizarea in industria auto.

In final, sistemul EWB nu este doar pentru franarea in timpul condusului, putand functiona si ca o frana automata de parcare. Manerul standard al franei de mana nu mai este necesar, dat fiind ca noul sistem previne automobilul de la a se deplasa neintentionat. Decuplarea mecanica a pedalei de frana poate fi utilizata pentru a reduce sau evita complet pulsatiile pedalei, gresit interpretate atunci cand sistemele ABS conventionale sunt activate. Aditional, decuplarea mecanica a pedalei de frana, respectiv a franei are potentialul de a mari protectia soferului in zona picioarelor in cazul unui accident.

Sistemul EWB este capabil sa functioneze alimentat de la sistemul electric traditional de 12V. Noi posibilitati sunt de asemeni deschise, deoarece acest concept, fara parte hidraulica, necesita mai putin spatiu in compartimentul motorului si pe sasiu. Numarul componentelor sistemului de franare sunt reduse, la fel ca si timpul de asamblare al autovehicolului.

4 SISTEMUL ABS (Anti-lock Braking System)

4.1 Istoria ABS-ului

Sistemele ABS au fost dezvoltate pentru prima dată în 1929 de către pionierul francez în aviație și automobile Gabriel Voisin și erau destinate frânării avioanelor. În 1950 este introdus sistemul Dunlop Maxaret care este încă în uz la unele modele de avioane.

Un sistem ABS complet mecanic s-a utilizat în 1960 pe câteva automobile de curse (Ferguson P99, Jensen FF și pe mașina experimentală cu tracțiune integrală Ford Zodiac), dar acest sistem s-a dovedit nesigur și foarte scump pentru a fi implementat pe automobile.Un alt sistem ABS a fost montat în 1964 pe Austin 1800 și utiliza o supapă care putea modifica distribuția forței de frânare între puntea față și spate când se bloca o roată.

În 1971 Chrysler împreună cu Bendix Corporation au introdus pe modelul Chrysler Imperial un sistem ABS complet computerizat numit „Sure Brake” , sistem care s-a dovedit sigur în funcționare și care a fost disponibil câțiva ani după aceea.Tot în același an General Motors a introdus pe modelele Cadillac cu propulsie spate, ca o opțiune , un sistem ABS doar pentru puntea spate, numit „Trackmaster”.

În 1975, Robert Bosch a cumpărat companiile Telefunken și Bendix și a înființat compania Teldix și a folosit toate brevetele celor două companii achiziționate,pentru a pune bazele unui sistem ABS pe care avea să-l scoată pe piață câțiva ani mai târziu. Firmele germane Bosch și Mercedes-Benz au dezvoltat împreună o tehnologie ABS încă din anii 70, dar au introdus primul sistem ABS pentru 4 roți, complet electronic în 1978 la camioanele Mercedes și la Mercedes S-Class. Acest sistem proiectat de Mercedes a fost introdus mai târziu și pe alte modele de mașini și motociclete.

În 1988 ,BMW K100 a fost prima motocicletă dim lume dotată cu un sistem ABS electronic-hidraulic.

În 1992 și-a lansat primul sistem ABS pe modelul ST1100 Pan European.

În 1997 Suzuki a lansat modelul de motocicletă GSF1200SA (Bandit) cu ABS.

4.2 Stabilitatea autovehiculului în timpul frânării

Astăzi vehiculele sunt echipate cu sisteme de frânare performante și fiabile capabile să atingă excelente valori ale decelerațiilor chiar și la viteze ridicate. Cu toate acestea sistemele de frânare nu sunt capabile să evite consecințele unei frânări excesive din partea conducătorului.

Statisticile arată că 10% din accidente sunt datorate faptului că automobilele în timpul frânărilor devin incontrolabile ca urmare a blocării roților. Sistemele antiblocare a roților permit vehiculelor să-și conserve dirijabilitatea și stabilitatea direcțională în cazul unei frânări de urgență.

Sistemul ABS contribuie semnificativ la creșterea gradului de securitate activă ceea ce impune generalizarea acestuia. La ora actuală clienții de automobile consideră sistemul ABS ca fiind cea mai importantă opțiune (60%) devansând airbag-ul (53%) și direcția asistată (51%).

ABS este un sistem electrohidraulic sau electropneumatic, cu comanda electronica care are rolul de acorecta in mod automat momentele de franare a fiecarei roti sau osi, in functie de gradul de aderenta existand roata si curba de valoare.

Adaptand forta de frecare cu aderenta disponibila sub fiecare roata ABS permite conducatorului auto sa mentina autoturismul pe traiectorie.

Reglarea procesului de antiblocare se redreseaza in functie de acceleratia roti si in functie de petrinderea relativa a roti.Regimul de functionare sunt coordonate de catre un microprocesor.

Comportametul dinamic al unui vehicul este legat în permanență de 3 parametrii :

– conducătorul mașinii,

– vehiculul,

– calea de rulare.

Când condițiile de circulație necesită încetinirea sau oprirea completă a vehiculului (frânare normală sau de urgență), conducătorul trebuie să acționeze asupra :

– pedalei de frână,

– volanului pentru a evita obstacolele apărute în fața lui.

Vehiculul reacționează cu ajutorul frânelor care vor exercita un cuplu pe diferitele roți, creând astfel forțele de frânare.

Oprirea vehiculului este totdeauna condiționată de :

– buna apreciere a conducătorului ca timp și ca dozare a reacțiilor sale.

– răspunsul prompt al vehiculului.

– starea carosabilului care definește nivelul de aderență al anvelopelor.

4.2.1 Relația între alunecare și aderență

Alunecarea = [%], V=viteza vehiculului, v = viteza roții frânate.

– Dacă V = v → alunecare = 0%

– Dacă V≠ 0 și v = 0 → alunecare = 100% → roată blocată

– Dacă V = 0 și v ≠ 0 → alunecare = 0% → roata patinează

Fig. 6 Coeficienți de aderență

Dacă alunecarea crește peste o anumită valoare, forța de aderență scade. Blocajul unei roți este de asemenea obținut cu o alunecare de 100 %.

Alunecarea și forța de aderență sunt strâns legate, deci pentru a obține cea mai bună forță de aderență între anvelopă și șosea este necesar să se atingă o anumită valoare de alunecare. Această alunecare provoacă în schimb o uzură a anvelopelor.

Se remarcă faptul ca în curbe are loc o creștere importantă a alunecării până la blocajul roții ceea ce provoacă o diminuare a forței de aderență longitudinală, iar pe de alta parte, provoacă în egală măsură o scădere foarte importantă a forței de aderență transversală – și astfel 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 (apare riscul de răsucire).

Constatăm că o alunecare situată în jurul a 20 %, dă un bun compromis între stabilitatea și maniabilitatea direcțională 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.

Dacă se ajunge la blocarea roților în timpul unei frânări violente, atunci se va pierde o mare parte din – aderență, ceea ce va conduce la :

– diminuarea eficacității frânării și a stabilității vehiculului,

– pierderea maniabilității direcționale,

– creșterea distanței de oprire.

– uzură accentuată și neuniformă a pneurilor.

Forța de frânare maximă este obținută atunci când pneurile sunt la limita de aderență. Cu cât forța de aderență va fi mai mare, cu atât distanța de oprire va fi mai scurtă. Cu scopul de a remedia aceste 3 inconveniente, este necesar să se limiteze forța de frânare la o valoare corespunzătoare unei alunecări între pneu și sol, de ordinul a 20 %.

Ar fi iluzoriu să ne gândim că un șofer, chiar foarte antrenat, în cazul unei frânări «de panică» să aibă reacțiile adecvate care ar permite dozarea forței de frânare adecvată. În figurile 3.3 și 3.4 sunt exemplificate cazurile frânării de urgență cu ABS (fig.3.3) și fără ABS (fig.3.4)

În momentul (1) are loc frânarea bruscă, în momentul (2) are loc virarea roților directoare, iar în ultimul moment (3) se produce evitarea obstacolelor. Principalul avantaj al frânării cu ABS este așadar, menținerea autovehiculului pe direcția dorită chiar și în timpul frânării de urgență.

În momentul (1) are loc frânarea bruscă, iar în momentul (2) sunt virate roțile directoare. Datorită blocării roților la frânare, direcția vehicului nu poate fi controlată. În concluzie, în lipsa ABS-ului, în cazul frânării de urgență cu blocarea roților, direcția autovehiculului nu poate fi controlată.

4.3 Principiul de funcționare

Functia sistemului de franare de tip ABS se bazeaza pe masura permanenta a vitezei de rotatie a rotilor automobilului.

Sistemul de frânare ABS este compus din senzori, o unitate ECU, o unitate HCU și din actuatori hidraulici. Deci din 4 senzori, câte unul pe fiecare roată (în acest caz, pentru că sunt variante, în care la roțile din spate se pune doar un singur senzor, mai ales când aceștia sunt roțile tractoare), care au rolul de a măsura turația roților și de a trimite informațiile obținute la o unitate centrală ECU (Electronic Control Unit).

Unitatea ECU are rolul de a prelucra aceste informații și de a trimite altele, obținute din cele prelucrate, către unitatea HCU (Hydraulic Control Unit). Această unitate are rolul de a scade (pentru o secvență și la perioade de timp bine stabilite) presiunea uleiului, în acel circuit de frânare, de la care informațiile trimise de senzori, către ECU, au fost diferite față de cele prestabilite a fi corecte, printr-un actuator hidraulic. Unitatea HCU va efectua această operație până când unitatea ECU va primi, de la senzori, informații diferite față cele prestabilite a fi corecte.

Fig. 4.9 Unitatea de comandă (ECU + HCU).

Sistemul de frânare ABS nu funcționează decât la o viteză mai mare de aproximativ 7 km/h. La o frânare bruscă, atunci când turația uneia dintre roți atinge un anumit nivel minim, care este prea scăzută fața de viteza mașinii și roata tinde să se blocheze, presiunea de la frânele aferente se scade cu ajutorul actuatorului hidraulic comandat de unitatea de control HCU (pentru o secvență și la perioade de timp bine stabilite).

La cealaltă variantă constructivă, deci cu 3 senzori (cu un singur senzor la roțile din spate), la roțile din fața această presiune este reglată separat la fiecare dintre ele, iar la roțile din spate împreuna. Efectul frânarii în același timp pentru ambele roți din spate face ca stabilitatea mașinii să fie menținută cât mai mult posibil (exclusiv momentele când una dintre roțile din spate părăsește șoseaua, din cauza unui carosabil accidentat, blocându-se, și ABS-ul slăbește frânarea pentru o fracțiune de secundă și pentru roata cealaltă). Unitatea ECU începe să preia informațiile de la senzorii roților și să le prelucreze, din momentul apăsării pedalei de frână.

Dacă intervine vreun defect în funcționarea sistemului ABS, pe bordul mașinii se aprind unul sau două becuri de semnalizare.

4.3.1 Sistemul EDL a ABS-ului

Vehiculele echipate cu ABS pot fi prevăzute și cu un sistem EDL (Electronic Differential Lock). Sistemul EDL întesnește accelerarea și urcarea vehiculului pe o pantă abruptă în condiții nefavorabile. Acest sistem funcționează total automat, șoferul nefiind obligat să acționeze nici un buton de pe bordul mașinii.

Sistemul EDL folosește ca elemente de preluare a informațiilor senzorii sistemului ABS. Dacă la o viteză mai mare de 40 km/h apare o diferență de turație dintre roțile tractoare, mai mare de 100 rpm (ceea ce înseamnă aproximativ 1/3 din turația normală a roții la această viteză), deci apare patinarea uneia dintre roți din cauza unei părți de carosabil alunecos, sistemul EDL reduce turația roții care patinează prin acționarea ABS-ului asupra acestuia și în consecința prin diferențial aplică o forță de tracțiune mai mică pe roata cealaltă. Din cauza funcționării sistemului EDL, prin frânarea uneia dintre roțile tractoare (cea care patinează), acesta are in vedere că în cazul unor patinări dese ale aceleiași roți, acesta se auto-decuplează pentru perioade scurte de timp, evitând astfel supraîncălzirea elementelor de frânare (discuri și plăcuțe de frână). Având în vedere acest lucru, se recomandă conducătorilor auto să evite accelerările bruște și dese în condițiile unui carosabil alunecos, și mai ales când există posibilitatea ca amândouă roțile tractoare să patineze cu aproximativ aceeași turație, când nici EDL-ul nu poate ajuta.

În figura 3.6 este prezentat simplificat un sistem ABS în timpul funcționării și anume în cazul când roata de culoare roșie se află pe o suprafață alunecoasă.

În timpul frânării de urgență roata roșie ,aflându-se pe o suprafață alunecoasă tinde să se blocheze, ca urmare viteza unghiulară a roții va scădea în comparație cu vitezele unghiulare ale celorlalte roți. Calculatorul ABS-ului preia această informație de la fiecare roată cu ajutorul traductoarelor de viteză unghiulară, compară vitezele unghiulare ale celor patru roți și constată că roata de culoare roșie are o viteză unghiulară mai mică, în consecință va transmite modulatorului de presiune decizia de a micșora presiunea de frânare la roata roșie, prin comanda unei electrovalve .

Deasemenea, când calculatorul ABS-ului sesizeaza că viteza unghiulară a roții de culoare roșie crește și devine egală cu vitezele celorlalte roți, poate comanda modulatorului de presiune creșterea presiunii de frânare la această roată. Acest lucru este posibil datorită unei pompe hidraulice acționate de un motor electric care face bloc comun cu modulatorul de presiune. Acest ciclu de scădere și creștere a presiunii de frânare de desfășoară cu o viteză de până la 50 Hz pentru ABS-urile actuale.

În figura 3.7, se observă că în timpul unei frânări puternice ABS-ul încearcă să mențină o valoare a alunecării în jur de 20 %.

Pentru a face aceasta, el încearcă să mențină presiunea de frânare constantă de îndată ce alunecarea ajunge la această valoare (într-adevăr, de la un anumit prag al alunecării, capacitatea direcțională a vehiculului este foarte mult diminuată).

Apoi, dacă alunecarea continuă să crească, va scădea presiunea de frânare pentru a readuce alunecarea sub 20 %. Și astfel se desfasoara toată faza de reglare.

Scopul este de a reduce cât mai mult amplitudinea oscilațiilor și de a mări frecvența lor

Fig.3.6 Sistem ABS in timpul functionarii

Fig.3.7. Reglare ABS

4.3.2 Avantajele sistemului de frânare ABS

Avantajele sunt:

– împiedică blocarea de lungă durată a roților;

– controlul asupra direcției la frânare puternică;

– protejarea cauciucurilor;

– asigură aderența roților pe șosea (dacă amortizoarele sunt bune);

– oprirea în condiții de siguranță și scurtarea distanței de frânare;

– destinderea șoferului în timpul conducerii ( siguranța activă);

– evitarea derapării în cazul frânării pe carosabil umed sau alunecos;

– reduce distanța de frânare în condiții defavorabile de drum (acoperit cu zăpadă).

Tehnologia modernă are un rol foarte important în dezvoltarea autovehiculelor și a diferitelor sisteme mecatronice, dar sunt unele cazuri rare, când nici sistemul de frânare ABS și nici alte sisteme de securitate nu pot asigura siguranța maximă. În aceste cazuri extreme, cum ar fi: viteze foarte mari, condiții de drum și de trafic foarte rele, nu trebuie să ne asumăm riscul, deci trebuie să conducem prudent, adaptându-ne la condițiile de trafic și de drum. Totodată, conducând o mașină cu ABS pe un drum accidentat (cu gropi sau denivelări) și amortizoare uzate, când roțile pot să părăsească suprafața șoselei, trebuie să avem în vedere faptul că ABS-ul va mări distanța de frânare.

4.4 Elemente componente ale sistemului ABS

Acești senzori ai roților transformă mișcarea mecanică a unei roți dintate (solidară în rotație cu roata automobilului) în semnal electric pentru a determina ulterior viteza instantanee a fiecărei roți.

Există două familii de senzori de viteză ai roții :

-senzorii pasivi,

-senzorii activi.

4.4.1 Senzorii pasivi

Fig.3.8.Senzor pasiv

Senzorul pasiv nu este alimentat. El funcționează după principiul inducției. Senzorul conține doi magneți permanenți și o înfășurare (bobină). Fluxul magnetic se modifică datorită trecerii dinților coroanei dințate, iar variația câmpului magnetic care traversează bobina generează o tensiune alternativă sinusoidală a cărei frecvență este egală 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!

4.4.2 Senzorii activi

Senzorii activi sunt alimentați de către calculator. Ei funcționează după principiul măsurării unui câmp magnetic. În corpul senzorului se găsește un element sensibil electronic. Fluxul magnetic este modificat prin defilarea dinților unei coroane dințate.

Variația câmpului magnetic care traversează partea activă a senzorului generează un semnal de ieșire rectangular a cărui frecvență este proporțională cu viteza roții.

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.

Pe vehicule pot fi montate două tipuri de coroană dințată – clasice (roți fonice) și magnetice (coroană magnetică). Citirea informației va fi efectuată de către un captor cu efect HALL pentru o coroană clasică sau de către un captor MAGNETO-REZISTIV pentru cealaltă.Cu ajutorul acestor senzori se pot citi viteze ale roților de până la 0 km/h !

Montarea pe vehicul a unui senzor cu efect magneto-rezistiv presupune o modificare la nivelul rulmentului roții, acestuia adăugându-i-se coroana (ținta) magnetică.

Fig.3.10.

Senzorul (1) este fixat în fața țintei magnetice grație unui inel de fixare (2) montat pe fuzetă. Aceasta permite ca întrefierul între senzor și ținta magnetică să rămână constant.

Ținta magnetică (Fig.3.11) se prezintă sub forma unei succesiuni de poli Nord și Sud. La fiecare inversare a polilor prin fața senzorului, se inversează și câmpul magnetic. Aceasta creează o modificare a intensității câmpului.

Fig.3.11.

4.4.3 Senzorul I.L.S.

Informația primită de la acest senzor este o tensiune de tip totul sau nimic ceea ce înseamnă că informația de decelerare nu apare decât de la un anumit prag al decelerație.Senzorul este constituit din două comutatoare pendulare care corect montate pe automobil vor fi închise în situația unui rulaj normal sau rulaj cu accelerare sau decelerare scăzute.Când pragul este depășit contactele se vor deschide. Montarea senzorului se face cât mai aproape de centrul de masă al automobilului.

Fig.3.12 Senzorul I.L.S.

4.4.4 Senzorul analogic

Informatia primită de la acest senzor este o tensiune variabilă proporțională cu accelerația sau decelerația automobilului. În general numai informația de decelerație este utilizată de calculator.

Fig.3.13. Senzorul analogic

Calculatorul ABS furnizează informația de viteză tuturor calculatoarelor cu care se află în interconexiune (tablou de bord, UCE injecție, regulator de viteză, direcție asistată variabil…) astfel:

-prin rețeaua multiplexată,

-printr-o legătură filară pentru sistemele neincluse în rețeaua multiplexată.

Pentru aceasta, este necesar ca unitatea de comandă a ABS-ului să învețe cu precizie circumferința anvelopelor. De aceea se programează indexul tahimetric.Această informație va duce la suprimarea senzorului clasic de viteză situat la nivelul cutiei de viteze. Calculul vitezei automobilului se face pe baza vitezelor roților și a anvelopelor utilizate.

4.4.5 Contactorul STOP

Este un senzor de tipul totul sau nimic și are rolul de a informa calculatorul în vederea intrării în gardă a funcției ABS. Informația este folosită de calculator și pentru a depista sursa de decelerație a automobilului (putem avea frâna de mână trasă sau roată blocată din diverse motive).Dacă sistemul se află în faza de reglare iar conducătorul eliberează pedala de frână semnalul transmis prin contactor permite calculatorului să părăsească rapid această fază.

În cazul defectării contactorului sistemul funcționează în continuare pentru că informațiile principale sunt cele de viteză roată.

4.4.6 Senzor cursă pedală frână

Fig.3.14. Senzor cursa pedala de frana

Acest senzor se întâlnește la sistemele TEVES I din prima generație.

Rolul său este acela de a determina pragurile de punere și scoatere din funcționare a grupului electropompă.

Totodată el permite ca sistemul ABS să–și întrerupă funcționarea dacă pedala de frână este apăsată mai mult de un anumit prag. Traductorul este de tip reostat plasat la nivelul servomecanismului de frânare. Cursorul său se află solidarizat în mișcare cu diafragma servomecanismului. Informația de poziție pedală de frână este dată calculatorului sub formă de rezistență variabilă. Calculatorul alimentează în curent continuu captorul și determină poziția pedalei prin căderea de tensiune pe captor.

4.4.7 Vehiculele cu 4 roți motoare

Pe un vehicul cu 4 roți motoare, apare o problemă suplimentară. Într-adevăr, lanțul cinematic de transmisie leagă roțile între ele. În faza de frânare aderența la cele 4 roți poate fi diferita, mai ales pe un sol cu aderență slabă, situație în care una din roți va avea tendință de blocare. Acest lucru va duce și la tendința de blocare a celorlalte roți în timp ce masina este in miscare.

Calculatorul nu va putea analiza blocarea unei roți prin raport cu altă roată și nu va intra în faza de reglare. Este necesară o informație suplimentară pentru a cunoaște decelerația roților în raport cu cea a vehiculului. Se utilizează un senzor de accelerație (senzor analogic), montat aproape de centrul de greutate al vehiculului.Atunci când viteza unei roți devine din nou semnificativă calculatorul va putea aplica din nou o strategie.

4.5 Calculatorul ABS-ului

Fig. 3.22. Calculatorul ABS

Calculatorul se compune din:

-electronica și programul de gestiune a sistemului (1),

-bobinele de comandă ale elctrovanelor (2).

Calculatorul ABS-ului realizeaza următoarele funcții :

– Reglarea presiunii de frânare.

– Supravegherea componentelor electronice ale sistemului.

– Memorarea defectelor apărute.

Reglarea presiunii de frânare :

În funcție de informațiile primite de la captorii de viteză ai roților, calculatorul ABS determină alunecarea fiecărei roți. De îndată ce una dintre ele tinde să se blocheze, el comandă atunci electrovanele grupului hidraulic.

Calculatorul comandă electrovanele și pompa hidraulică utilizând :

Viteza vehiculului : Calculatorul determină viteza vehiculului făcând media vitezelor celor 4 roți. Această medie este numită viteza de referință. Viteza de referință este calculată cu ajutorul informațiilor furnizate de captorii roților, dacă vehiculul este echipat cu 4 captori. Pentru vehiculele echipate cu 2 captori, mai este necesar un captor de accelerație care participă la determinarea vitezei de referință. Pentru vehiculele 4X4, acest tip de captor determină dacă vehiculul este în mișcare.

Accelerația și decelerația fiecărei roți : Informațiile măsurate de captor sunt transformate electric și analizate în paralel prin două microprocesoare. După procesare, semnalele de ieșire asigură comanda electrovanelor și a motorului de pompă. El calculează viteza de referință a vehiculului raportată la decelerația (sau accelerația) roților (captori de viteză ai roților) și în consecință deducând alunecarea.

Supravegherea componentelor sistemului :

La primul demaraj al motorului, de îndată ce vehiculul depășește o viteză dată (în jur de 10 km/h), calculatorul comandă :

– cele 8 electrovane,

– motorul pompei.

Aceasta permite să se controleze funcționarea grupului hidraulic. Datorită acestei strategii, la nivelul pedalei de frână sunt perceptibile vibrații slabe asemănătoare cu reglarea ABS.

Memorarea defectelor :

La punerea contactului, calculatorul testează toate componentele electronice, ca și toate informațiile primite. Aceasta provoacă aprinderea martorului de ABS în tabloul de bord. Dacă nici un defect nu este detectat, martorul se stinge 3 secunde mai târziu. Când martorul este aprins, calculatorul de ABS nu mai reglează presiunea de frânare, sistemul de frânare redevine unul clasic (pentru ABS-urile de tip adițional).

În funcție de decelerația calculată de calculator, acesta poate activa aprinderea luminilor de semnalizare timp de câteva secunde, cu scopul de a alerta ceilalți șoferi din trafic că vehiculul frânează violent.

O dată pragul de decelerație atins, calculatorul ABS trimite o cerere de aprindere a luminilor de semnalizare Unității Centrale Habitaclu (UCH) prin rețeaua multiplexată a vehiculului. UCH-ul comandă aprinderea, apoi stingerea lămpilor de semnalizare (în mod automat).

Din ce în ce mai mult, calculatoarele de ABS sunt legate in rețeaua multiplexata a vehiculului. Aceasta permite :

– schimbul mai bun de informații,

– diagnosticul calculatorului

Fig.3.23. Reteaua multiplexata a autovehiculului

Dacă se efectuează o încercare rutieră cu testerul de diagnostic branșat la calculatorul ABS, pot să survină două situații :

– de la un anumit prag (v > 10 km/h), calculatorul de ABS iese din modul diagnostic pentru a-și relua prestațiile uzuale (Bosch 5.3),

– calculatorul rămâne în modul diagnostic, el nu mai își asigură obligațiile (exemplu Continental Teves MK60).

4.5 Circuitul grupului hidraulic

Exista trei faze ale modificarii presiunii in circuitul hidraulic:

-menținerea presiunii.

-scăderea presiunii.

-creșterea presiunii.

Aceste 3 faze (menținere, scădere și creștere de presiune) constituie o reglare ABS. Cu cât numărul de reglări ABS este mai mare, cu atât reglarea presiunii de frânare este mai fină.

– Fără acționarea pedalei de frână

În poziția de repaus, clapetele centrale ale cilindrului principal sunt deschise făcând legătura dintre camerele din amonte și din aval. Electrovanele de admisie sunt deschise, electrovanele de evacuare susunt închise.

Fig.3.18. Fnctionarea grupului hidraulic

Pedala de frana

Servofrana

Cilindrul principal si rezervorul de lichid de frana

Circuit primar

Circuit secundar

Pompa hidraulica si motorul ei

Clapeta anti-retur

Electrovane de admisie fata stanga/dreapta

Elecrtovane de evacuare fata stanga/dreapta

Electrovane de evacuare spate stanga/dreapta

Electrovande de admisie spate stanga/dreapta

Roata fata stanga

Roata spate dreapta

Roata fata dreapa

Roata spate stanga

Acumulatori de joasa presiune

– Frânarea normală

Fig.3.19. Frânarea normală

Prin acționarea pedalei de frână cu ajutorul piciorului se stabilește o presiune hidraulică uniformă în ambele circuite și se determină un cuplu de frânare proporțional cu efortul aplicat. Electrovanele și pompa rămân în repaus.

– Faza de menținere a presiunii

În cazul în care alunecarea roții a depășit pragul, calculatorul pilotează electro-vana de admisie (8),închizând-o, și astfel se izolează cilindrul principal (3) de etrierul (12) al roții. Creșterea presiunii de frânare în frână devine imposibilă.

Fig.3.20. Menținerea presiunii

– Faza de scădere a presiunii

Fig.3.20. Scăderea presiunii

Această fază nu intervine decât dacă efectul fazei de menținere a presiunii n-a fost suficient pentru a evita creșterea alunecării roții (pericol de blocare a roții).

Electrovana de admisie (8) rămâne închisă. Simultan, electrovana de evacuare (9) se deschide și pompa hidraulică (6) se pune în funcțiune.

Scăderea presiunii se efectuează instantaneu grație acumulatorului de joasă presiune (16). Acțiunea pompei permite să refuleze lichidul înmagazinat în acumulator spre cilindrul principal. Acumulatorii de joasa presiune servesc doar pentru a absorbi creșterile de debit în timpul căderii de presiune.

Pompa refulează lichidul de frână din acumulatorii de joasă presiune spre circuitul de frânare (cilindrul principal sau cilindrii receptori ai roților, în funcție de faza de funcționare a electrovanelor de admisie).

Deschiderea electrovanelor de evacuare provoacă o coborâre a pedalei, funcționarea pompei generează o ridicare a pedalei de frână. Combinarea acestor două efecte provoacă o mișcare a pedalei care „vibrează” și semnalează conducătorului că o regularizare este în curs.

– Faza de creștere a presiunii

Electrovana de evacuare se închide și electrovana de admisie se deschide. Cilindrul principal este din nou in legatura cu frâna roții.Alimentarea hidraulică se efectuează grație cilindrului principal, dar de asemenea prin intermediul pompei în cazul în care acumulatorul nu ar fi gol.