4. fejezet - Brake by wire rendszerek
Vissza		Előre

4. fejezet - Brake by wire rendszerek

Tartalom

4.1. Összefoglaló a Brake by wire rendszerekről

A jelenlegi korszerű fékrendszerek messze meghaladták már a kezdeti célkitűzéseket, vagyis hogy a gépkocsivezető által kezdeményezett lassítási folyamatot biztonságosan hajtsa végre.

A jelenlegi autókkal már a szokásostól eltérő útviszonyok esetén is, például kanyargós, rossz úton, kis tapadási tényezőjű útfelületen is biztonságosan lehet fékezni. Az elindulás, vagy a gyorsítás sem okoz gondot, akkor sem, ha az út jobb és bal szélén jelentősen eltérő (5 – 8 szoros) a tapadási tényező különbség. A gépkocsikba egyre több olyan asszisztens rendszert szerelnek be, melyek mostoha útviszonyok között is támogatják a vezető munkáját és növelik a közlekedésbiztonságot. Ezeknek a vezetőt támogató rendszereknek az elmúlt évtizedekben a fékrendszer lett az egyik legalapvetőbb beavatkozó egysége.

A fékrendszer fejlesztésének az első jelentős mérföldköve a biztonság növelése területén történt. A blokkolásgátló rendszer (ABS), a fékezés közben végrehajtott egyedi kerékcsúszás szabályozással kis tapadási tényezőjű úton is uralhatóvá tette a gépkocsit.

A második fontos mérföldkő az volt, amikor a blokkolásgátlót kiegészítő kipörgésgátló (ASR) széles körűen alkalmazásra került. Ezzel ugyanis megkezdődött a vezetőtől független, kerekenként egyedileg szabályozott, fékezési beavatkozások korszaka. Ez volt az előfutára a hidraulikus fékekre alapozott további menetdinamikai szabályozó rendszerek megvalósításának.

Az alábbi ábrán a hagyományos fékrendszer elvi ábrája látható. Ebből jól kitűnik, hogy a fékrendszer az elektronika nélkül is működőképes egységet alkot. A fékpedál lenyomásával a gépkocsivezető a lassításhoz szükséges energia egy jelentős részét beviszi a fékrendszerbe. Ezt a különböző elven működő rásegítők tovább növelik. Az elektronika feladata ennél a rendszernél például a kerékcsúszás szabályozás.

4.1. ábra - A hagyományos hidraulikus fékrendszer felépítés.

Jelenleg a következő elvárások fogalmazódnak meg a korszerű fékrendszerekkel szemben:

Optimális integrációt valósítson meg a kerékcsúszás szabályozás, a sebességszabályozás, a gépkocsi stabilitásának szabályozása és a vezetőt támogató asszisztens rendszerek között.
A fizikai lehetőségekhez folyamatosan jól alkalmazkodó, kerekenként jól szabályozott fékező nyomás valósuljon meg.
Minél nagyobb rendszerdinamikával és a késedelmi idő csökkentésével hatékonyan rövidíteni lehessen a fékutat.
Más elektronikus rendszerektől érkező utasítások is kiválthassanak fékezési beavatkozást.
Mindig optimális döntéseket tudjon hozni a párhuzamosan működő fékezési parancsok között (például a vezető és a szabályozó elektronika).
A kezelő elemeknél az ergonómiai szempontok minél következetesebben kerüljenek alkalmazásra.
A fékrendszer elemeinél, de különösen a kerékfékszerkezetnél a rugózatlan tömegek csökkentése következetesen valósuljon meg.
Biztonságosan működő legyen a folyamatos hibafelismerés, és ennek eredményeként a szükségessé váló intézkedések optimálisan megtörténjenek.
A fékoldást követően ne legyen visszamaradó fékező nyomaték, teljesen szűnjön meg a fékhatás (a kopás és a melegedés kiküszöbölése).
Minél nagyobb mértékű legyen az energia újrahasznosítás a fékezésnél.
Egyszerű szerelhetőség és kis karbantartási igény valósuljon meg.
Legyen környezetkímélő a fékrendszer.
Egyszerűen újrahasznosítható anyagokat alkalmazzanak a fékrendszernél.

A fékrendszerek vonatkozásában egy nagy optimalizációs folyamat előtt állunk jelenleg. Az előzőekben összefoglalt elvárások ugyanis a hagyományos fékezési technológiával már nem lehet minden vonatkozásában megvalósítani.

A fizikai törvények adta lehetőségeket teljes körűen csak az optimális menetdinamika megvalósításával lehet maximálisan kihasználni. Ehhez célorientáltan kell továbbfejleszteni a fékrendszert, messzemenően figyelembe véve az ergonómia és a környezetvédelem szempontjait, továbbá a minél kisebb karbantartási igényt is.

Az egyik jelentős probléma az, hogy a hagyományos fékrendszereknél a gépkocsivezető által használt működtető egységek, a fékrásegítő és a főfékhenger energetikailag az átviteli rendszerrel összeköttetésben vannak. Ezért nem lehet megakadályozni, hogy az átviteli rendszernél megvalósított nyomás modulációk, és további más egyéb fékezési beavatkozások visszahassanak a működtető egységre. A fékrendszer működtető egységének energetikai szétkapcsolása az átviteli rendszertől egy eddig még be sem látható szabadságfokot tesz lehetővé az ember – gép kapcsolat területén.

Nagyon elbizonytalaníthatja ugyanis a vezetőt, amikor egy hagyományos fékrendszernél hirtelen a fékpedálra lépve, működésbe lép a fékasszisztens és ennek hatására jelentős mértékben befelé mozdul a fékpedál, vagy pedig amikor fékezés közben beavatkozik az ABS és pulzálni kezd a fékpedál. A fékrendszer részegységeinek szétkapcsolásával (működtető és átviteli egységek) lehetőség nyílik ezeknek a hatásoknak a kiküszöbölésére.

Továbbá a higroszkópikus, tűzveszélyes és környezetszennyező fékfolyadék, mint munkaközeg kiküszöbölésével pedig megvalósulhat egy karbantartásmentes és környezetkímélő fékrendszer. De ezeknél a szempontoknál is fontosabb, a hidraulika fojtásos áramlásainak kiküszöbölésével egy sokkal dinamikusabb működésű fékrendszer megvalósítása.

Ha megvalósulhat a fékezésre kész állapot, a súrlódó alkatrészek közötti távolság kiküszöbölésével, ez egyúttal a fékkésedelmi időt is hatékonyan csökkentheti.

Szükségtelenné válik a hézag növelése a visszamaradó fékhatás, a folyamatos súrlódó alkatrész kopás elhárítása érdekében. A fentiekben felsorolt célok elérhetőségét a brake by wire fékrendszer biztosítja. Ennél a fő hangsúly a működtető és az átviteli rendszer szétkapcsolásán van, melynek megvalósítási lehetőségét az elektromosság kínálja. A brake by wire fékrendszer felépítését az alábbi ábra szemlélteti, melyből kitűnik, hogy elektronika nélkül ez a rendszer működésképtelen. A fékrendszer beavatkozásainak további bővítésére a lehetőségek szoftveres módon adottak. Ehhez nem szükséges újabb kiegészítő hidraulikus, vagy mechanikus egységekkel bővíteni a rendszert.

4.2. ábra - Brake by wire fékrendszer felépítés

A brake-by-wire fékrendszert univerzális és moduláris rendszerű működés jellemzi. Világossá válik, hogy a működtető egység (fékpedál) és az átviteli rendszer közötti energetikai szétválasztás létrehozza az idegen fékezési igények megvalósításának lehetőségét. Mivel a vezető a fékrendszerbe nem visz be energiát, megoldást kell találni az idegen működtető energia hiánya esetén is működőképes maradjon a fékrendszer. Mivel az energiaellátó – az átviteli - és kerékfékszerkezet között feltüntetett energiafolyam előre nem definiált minden lehetséges energia felhasználható a rendszer működtetéséhez. Személygépkocsiknál például a hidraulikus, vagy elektromos energia vehető számításba, a haszonjárműveknél pedig a sűrített levegő.

4.2. A Brake by wire fékrendszerek már megvalósult változatai

Ezek olyan új fejlesztésű fékrendszerek, melyeknél a működtetés elektromos vezetékeken keresztül valósul meg, anélkül, hogy a működtető egység és a beavatkozó egyság között mechanikus, hidraulikus, vagy pneumatikus kapcsolat fennállna. Ez adja ennek a fékrendszernek az elnevezését is. Nagy kihívás olyan rendszer megvalósítása, mely elektromos hiba esetén is biztonságos működést tesz lehetővé. Ezen a területen jelentős lépésnek számított a Robert Bosch GmbH által kifejlesztett SBC (Sensatronic Brake Control) rendszer. Erről az elektrohidraulikus fékrendszerről szóló fejezetben lehet olvasni. Ezt a rendszert ellátták egy hidraulikus „back up” működési lehetőséggel is. A haszonjárművek elektro-pneumatikus fékrendszereinél sűrített levegős „back up” működést valósítanak meg. A rögzítő fékeknél valósultak meg az első teljesen „brake by wire” működések. Sok esetben ezek látják el a biztonsági fék feladatát is, és emellett növelve a vezetési komfortot, számos automatikus működést tesznek lehetővé. Ezen kívül a balesetek elkerülése érdekében a vezetőtől függetlenül, önálló fékezési feladatokat is elláthatnak.

4.3. A személygépkocsik rögzítő fékrendszerénél alkalmazott mechatronikus működések:

A rögzítő fék a vezető távollétében is, mechanikus alkatrészekkel, segédenergia nélkül, az emelkedőn biztonságosan rögzítve kell tartsa a gépkocsit. A fékhatás a vezető ülésből szabályozható. A vezetőt egyéb más működések révén is támogathatja a rögzítő fék, mint például:

3 A személygépkocsik rögzítő fékrendszerénél alkalmazott mechatronikus működések:

Elinduláskor automatikus fékoldás.
Emelkedőn automatikusan megakadályozni a visszagurulást.

A rögzítő fék egy az üzemi féknél kisebb lassulással elláthatja a biztonsági fék feladatát is, meghibásodás esetén. Eközben is meg kell őrizze a gépkocsi a stabilitását.

Egyre szélesebb körben alkalmazzák az elektromechanikus rögzítő fék rendszereket, melynek előnyei közé sorolható, hogy automatizálható a működése, továbbá alkalmas a gépkocsi más elektronikus rendszerével is az együttműködésre. Ilyen lehet például a lopás gátló, vagy a biztonsági fék megvalósítása. Az elektromechanikus rögzítő fék rendszernek a teljes terhelésű gépkocsit biztonságosan rögzítenie kell 30%-os lejtőn. Az általa megvalósított dinamikus lassulás 0-30 km/h sebességtartományban legalább 1,5 m/s² kell legyen. Az elektromechanikus rögzítő fék EPB (Elektrische Park Bremse) a gépkocsi vezető munkáját támogató asszisztens rendszer. Különböző megvalósítási változatokkal találkozunk a személygépkocsikban.

Központi működtető egységgel ellátott, bowdennel történő rögzítés. Ezt 1991 ben a Lucas szabadalmaztatta. Legtöbb változata csiga-, vagy csavar hajtással ellátott villanymotorral működik.
Közvetlenül a féknyeregre szerelt villanymotoros rögzítő fék. Ennél is szükség van a nagy mechanikus áttételre és az önzárásra, hogy a működtető energia lekapcsolásakor is befékezett állapotban maradjon a gépkocsi. Ez a megoldás azért előnyösebb az előzőnél, mert szükségtelenné teszi a szennyeződésekre érzékeny bowdenes erőátvitelt. Hátránya viszont az, hogy közvetlenül a féknyeregre történő felszerelése miatt nagyobb a rugózatlan tömeg.
Van olyan változat is, melynél a befékezést a hidraulikus fékrendszer végzi, és csak a rögzítés történik villanymotorral és mechanikus áttétellel.

4.3.1. Központi működtető egységgel ellátott, bowdenes változat

A Lucas 1991-ben szabadalmaztatott egy ilyen változatot. Ennél az egyenáramú villanymotor nyomatékát csigahajtás és csavarorsó-csavaranya növeli, illetve alakítja át a forgómozgást egyenes vonalúvá. A bal, illetve a jobb oldali kerekekhez működtető erőt kiegyenlítő himba és bowden-huzal közvetíti. A Lucas jelenleg a TRW konszernhez tartozik. Az utóbbi években egyre több személygépkocsiba szerelnek különböző működési elvű, elektromechanikus rögzítő féket. A rögzítő fék egy az üzemi féknél kisebb lassulással elláthatja a biztonsági fék feladatát is, meghibásodás esetén. Eközben is meg kell őrizze a gépkocsi a stabilitását.

Központi működtető egységgel ellátott, bowdennel történő rögzítés. Ezt 1991 ben a Lucas szabadalmaztatta. Legtöbb változata csiga-, vagy csavar hajtással ellátott villanymotorral működik.
Közvetlenül a féknyeregre szerelt villanymotoros rögzítő fék. Ennél is szükség van a nagy mechanikus áttételre és az önzárásra, hogy a működtető energia lekapcsolásakor is befékezett állapotban maradjon a gépkocsi. Ez a megoldás azért előnyösebb az előzőnél, mert szükségtelenné teszi a szennyeződésekre érzékeny bowdenes erőátvitelt. Hátránya viszont az, hogy közvetlenül a féknyeregre történő felszerelése miatt nagyobb a rugózatlan tömeg.
Van olyan változat is, melynél a befékezést a hidraulikus fékrendszer végzi, és csak a rögzítés történik villanymotorral és mechanikus áttétellel.

4.3.2. Központi működtető egységgel ellátott, bowdenes változat

4.3. ábra - A villanymotor, csiga hajtás, csavarorsó és csavaranya segítségével, bowdenek közvetítésével tartja rögzítve a gépkocsit.

A gépkocsi befékezve tartását a csiga áttétel, illetve a csavarhajtás önzárása biztosítja.

Az elektromechanikus rögzítő fék működtetése, illetve a fékoldás történhet:

a vezető kezdeményezésére, elektromos kapcsolóval,
automatikusan az elektronika parancsára elinduláskor.

A hatósági előírásnak megfelelően az elektromechanikus rögzítő féket el kell látni mechanikus „szükség oldási” lehetőséggel. Ezzel lehet például lemerült akkumulátornál elvégezni a kifékezést.

Az elektromechanikus rögzítő fék a CAN hálózaton keresztül információt kap a gépkocsiba szerelt többi elektronikus rendszertől és azoknak információkat is továbbít a be-, illetve kifékezett állapotról.

Ez a fékrendszer nem a hagyományos módon működtethető. Üzemszerűen automatikusan, az elektronika parancsára lép működésbe, de ettől függetlenül a vezető is működtetheti egy kapcsolóval. Induláskor a rögzítő fék oldása automatikus, melynek dinamikáját egy az elektronikába szerelt lejtő szög érzékelő befolyásolja. Vízszintes úton, vagy lejtőn a rögzítő fék oldása gyors. Emelkedőn viszont lassan old, hogy gázadással a visszagurulás megakadályozható legyen. Az elektromos rögzítő féknél megvalósítható az ajtó kinyitásakor az automatikus befékezés. Ha a motor lefullad, a motorfordulatszám jel megszűnése aktiválja a rögzítő féket, így a gépkocsi elgurulása megakadályozható. Ezek a lehetőségek vezetők stressz helyzetét hatékonyan mérsékli. A legnagyobb segítséget az emelkedőn történő elinduláskor nyújtja. Ekkor válik aktívvá a Hill-Start-Assist. Az elektronika ilyenkor a motor nyomaték növekedésével arányosan csökkenti a fékező erőt. A teljes fékoldás akkor következik be, amikor a motor nyomatéka biztonságosan elegendő a visszagurulás mentes elinduláshoz. A közel-téri radar, vagy ultrahangos érzékelők jeleinek felhasználásával és az elektromechanikus aktív szervokormánnyal parkolási asszisztensként is működhet a rendszer. A parkolóhelyre beállás után automatikusan befékez az elektromos rögzítő fék. Az üzemi fék meghibásodásakor működhet biztonsági fékként is. Sokkal hatékonyabb, mint az izomerővel működtetett biztonsági fék. Dinamikus fékezéskor a kerekek megcsúszását az ABS-hez hasonló szabályozás teszi elkerülhetővé. Ilyenkor a villanymotor ellentétes polaritású működtetése hozza létre a fékező nyomaték csökkentését.

Az elektromechanikus rögzítő fék előnyei:

A komfortosabb és a biztonságosabb a rögzítő fék működtetés.
Feleslegessé válik a működtető kar, vagy pedál.
Az utastér kialakításánál kevesebb a kötöttség.
Megvalósítható a Hill-Start-Asszisztens és a Stop-and-Go-Automatika.
Folyamatosan a működtető elektronika öndiagnosztikája. Ez a felügyelet fokozza a működésbiztonságot. Meghibásodás esetén figyelmeztető jelzést ad.
Megkönnyíti az elindulást emelkedőn.

Meleg kerékszerkezetnél befékezve a gépkocsit, a lehűlés során automatikusan több alkalommal is utánfékezést haj végre, akkor is amikor a gyújtást kikapcsolták.

4.3.3. BMW elektromos rögzítő fék

Az elektromos rögzítő fék a Bosch-al és a Siemens VDO-val együttműködésben készült, és a világon ez volt az első nagy sorozatba beépített változat. A prémium osztály gépkocsijánál nagy gondot fordítanak a biztonságra és a komfortra.

4.4. ábra - BMW 7-es elektromechanikus rögzítő fék

A csomagtartó fenéklemezére szerelik be a központi működtető egységet, a pótkeréktartó alá. Bowden huzalokkal hat a hátsó kerekek duo-szervo fékszerkezetére. Az automatikus működésen kívül a gépkocsivezető a műszerfal bal szélén elhelyezett gomb segítségével használhatja a rögzítő féket. A működtetésről ellenőrző lámpa és szöveges üzenet tájékoztat. Az elektromos rögzítő fék működtető elektronika a gépkocsi CAN-busz hálózatán keresztül áll kapcsolatban a hidraulikus üzemi fék rendszerrel (DSC), a műszerfal kijelzőjével, a motor és a sebességváltó elektronikával.

A motor leállításakor az elektromechanikus rögzítő fék befékez. Egy szoftver határozza meg a működtető erő nagyságát. Járó motornál valamennyi statikus és dinamikus rögzítő fék program működésre kész. Ha a gépkocsi áll és az elektromos rögzítő fék gombját megnyomják a DSC rendszer valamennyi kereket hidraulika szivattyú működtetésével befékezi. Az elektromos rögzítő fék meghibásodása, vagy az energiaellátás hiánya esetén a csomagtartóban a központi egységen egy kar biztosítja a szükség fékoldás lehetőségét.

4.5. ábra - A gépkocsivezető nyomógombbal működtetheti a rögzítő féket, mely a műszerfal bal szélén található

Ha a DSC rendszer elektronikája a kerékfordulatszám érzékelők jelei alapján megállapítja, hogy a gépkocsi pakolás közben lejtős úton megmozdul, automatikusan növeli a fékező erőt.

A gomb ismételt megnyomásakor a rögzítő fék kifékez. A működtetett rögzítő fék állapotától függően a motor indításakor automatikusan a rögzítő fékkel történő fékezés helyett a hidraulikus (DSC) lép működésbe, illetve fordítva.

4.3.3.1. „Automatic Hold” működés

Ez járó motornál aktív, ha beprogramozták használatát. Ilyenkor a kijelzőn is megjelenik „Automatic Hold” felirat. A gépkocsi rögzítve tartása automatikusan bekövetkezik, amikor az érzékelők felismerik az álló helyzetet. A gépkocsivezető ilyenkor nem kell a fékpedált nyomva tartsa (automatikus sebességváltós változatnál sem, melynél a motor alapjáratánál vonszoló nyomaték van). Ez a gyakori indulással és megállással járó városi forgalomban tehermentesíti a gépkocsivezetőt.

Ha a vezető álló helyzetben nyomva tartja a fékpedált, automatikusan működésbe lép a rögzítő fék. A fék oldása a sebességfokozat bekapcsolása és a gázpedál lenyomása után automatikusan történik.

A biztonság érdekében az automatikus működés aktiválódik az utastér ajtó, a motorház tető, vagy a csomagtartó kinyitásakor, az automatikus sebességváltó előválasztó karjának „N” helyzetében, motor leállásakor, vagy leállításakor.

4.3.3.2. Dinamikus fékezés

A gépkocsi mozgása közben, ha a vezető az elektromos rögzítő féket működteti a motor üzemállapotától függetlenül a DSC hidraulika rendszere egy előre meghatározott lassítást valósít meg. A fékezés közben a működtető gombot nyomva kell tartani. Ez hatékony, mert ilyenkor hidraulikusan valamennyi kereket fékezi. A 7-es BMW-nél a lassulás kezdetben 3 m/s2 lesz és 3 másodperc elteltével 5 m/s2-re növekszik. Ilyenkor a féklámpa is világít. A fékezés közben az ABS szabályozás aktív, így a gépkocsi stabilitása megfelelő marad. A gomb visszaengedésekor a fékező nyomás azonnal megszűnik. Ha a gombot egészen a megállásig nyomva tartják a gépkocsi nyugalomba jutásakor az elektromos rögzítő fék fog működésbe lépni.

4.3.3.3. A működtető mechanika:

A működtető mechanika olyan, hogy a teljesen terhelt gépkocsit 32%-os emelkedőn rögzítve tartja. A működtető orsónál ehhez 3600 N erő szükséges. A villanymotor fordulatszáma olyan, hogy 12 V feszültségnél 20C hőmérsékleten ez az erő 15 másodperc alatt eléri.

Kézi működtetésnél a fékező erő nagysága a körülményeknek megfelelő.

A működtető egység részei:

elektronika,
mechanikus áttétel
működtető bowdennek

A villanymotornál elhelyezett két hall elem jelei alapján állapítja meg az elektronika a forgásirányt, a forgórész helyzetét, és a fordulatszámot. A motor áramát impulzusszélesség modulációval szabályozzák. Az elektronikát diagnosztikai áramkörrel és hibakód tároló EE-PROM-mal is ellátták. A gépkocsi többi elektronikus rendszerével a CAN-busz hálózaton keresztül kapcsolatban áll. A nyomógomb megnyomásakor az „alvó üzemmódból” aktív állapotba kapcsol át. A kerekek fordulatszáma fontos bemeneti információ. Az üzemi fék DSC elektronikájával is adatcsere kapcsolatban áll.

A fékszerkezetnél kifejtett erő reprodukálható, és független kell legyen a hálózati feszültségtől, a bowden huzalok állapotától, a környezeti hőmérséklettől, a villanymotor öregedési folyamatától, a fékbetét kopottságától. Erről a hall érzékelőkkel győződik meg az elektronika.

A működtetés két egymástól független módon történhet. A műszerfalon lévő nyomógombbal statikusan, álló helyzetében és menet közben dinamikusan működtethető, illetve oldható a rögzítő fék. A különböző automatikus működések a vezető igényeinek megfelelően programozhatók a kormánykerék nyomógombjaival. Az eredmény a folyadékkristályos kijelzőn olvasható.

4.3.4. Féknyeregre szerelt elektromechanikus rögzítő fék

A TRW-Lucas által gyártott elektromos rögzítő féket több európai autógyár is alkalmazza, egyebek között a Ford, VW, Audi. A rögzítő fék működtető kapcsolóját általában a sebességváltó kar közelében a középkonzolon helyezik el.

4.6. ábra - A rögzítő fék működtető kapcsolója a sebességváltó közelében

Közvetlenül a hátsó tárcsafék úszónyergére szerelik fel a villanymotoros működtető egységet, mely a rögzítő csavarok oldása után a féknyeregről egyszerűen leszerelhető. A villanymotor fordulatait egy Hall érzékelő jele alapján figyeli a működtető elektronika. A mechanikus áttétel három fokozatban valósul meg. Az első egy fogazott szíj áttétel, mely 1:3-as lassítást ad. Ezt támolygó tárcsa pár áttétele növeli tovább. Az egymáshoz kapcsolódó tárcsák között egy fog különbség van. Egy fordulat megtételével csupán egyetlen fognyit fordít a másik tárcsán. A harmadik áttétel csavarorsó – csavaranya. Ez alakítja a forgó mozgást egyenes vonalúvá és önzárásával biztosítja a befékezve tartást. A teljes mechanikai áttétel 1:147. Az anya a munkahenger dugattyújának belsejében van egyenesbe vezetve. Az anya szorítja rá a dugattyút a fékbetétre. Így tartja rögzítve a gépkocsit.

4.7. ábra - TRW-Lucas féknyeregre integrált elektromechanikus rögzítő fék

4.8. ábra - TRW-Lucas működtető egység metszete és a villanymotor

A konstrukciónál alkalmazott fontosabb biztonsági szempontok

Ütközés szempontjából optimalizált a működtető egység
Meg tudja akadályozni a gépkocsi visszagurulását az emelkedőn.
A rögzítő féknél teljes körű öndiagnosztikát valósít meg.
Dinamikus fékezés közben a kerék blokkolása megakadályozható

Kiegészítő működési lehetőségek

Automatikus befékezés a gyújtáskulcs kivételekor
A rögzítő fék automatikus oldása induláskor (DAA)
Az emelkedőn automatikus rögzítve tartás HH (Hill Hold) működés

A fékbetét kopás megállapítása a menetes orsó helyzete alapján kiegészítő algoritmussal

4.9. ábra - TRW-Lucas a villanymotor és a támolygó tárcsás fokozat

4.3.4.1. A működtető elektronika

Az elektromechanikus rögzítő fék rendszer elektronikáját általában az utastér belsejében a középkonzolon, vagy annak közelében helyezik el. Két processzoros változatban készül. A CAN hálózaton keresztül kapcsolatban áll az ABS/ESP elektronikával. Az átviteli sebesség 500 kbit/s. Az újabb változatoknál a „sensor cluster” –t is az elektronikába szerelik. A hossz és a kereszt irányú lassulásérzékelő jeleit összehasonlítja az ESP rendszer jeleivel. Ezeket a jeleket a két rendszer kölcsönösen ellenőrzi. Bekapcsolt gyújtásnál az elektromechanikus rögzítő fék a nyomógombbal működtethető. Ilyenkor az ellenőrző lámpa folyamatosan világít. A fék oldása csak bekapcsolt gyújtásnál lehetséges a nyomógombbal, de a fékpedál lenyomásakor is bekövetkezik ez. Amikor a vezető becsukja az ajtót, becsatolja a biztonsági övet, elindítja a motort és a gázpedálra lép az elektromechanikus rögzítő fék automatikusan old.

Használat közben folyamatosan érzékeli a fékbetét kopását és a működtetés során azt figyelembe veszi.

4.10. ábra - Az elektronikus rendszer blokkvázlata

Az elektromechanikus rögzítő fék rendszernek a tengelykapcsoló pedálra szerelt elmozdulás érzékelő is jelet küld. Ennek a felhasználási területe a következő:

motor indítás,
„cruise control system” aktiválása (követési távolság szabályozás),
a sebességváltás közben a motor fordulatszám csökkentése,
"dynamic drive-off assist" működésmód aktiválása

Az elektromechanikus rögzítő fék rendszer állapotáról a gépkocsi vezetőt fény és hangjelzés tájékoztatja:

Piros színű fék ellenőrző lámpa:

Nem világít fékoldáskor
Világít: befékezett állapotban, illetve amikor fék aktív
Villog: amikor hiba lépett fel működtetéskor

Narancssárga rögzítő fék ellenőrző lámpa:

Nem világít, ha nincs hiba, vagy a hiba megszűnt
Világít: hiba esetén a gyújtás kikapcsolása után még 30 másodpercig

Hangjelzés

Nincs, amikor hibátlan a rendszer
Hangjelzés hallható hiba esetén, illetve dinamikus működés közben

4.11. ábra - Az elektronikus rögzítő fék ellenőrző lámpái

4.3.4.2. Működésmódok:

Statikus működés Akkor valósul meg, amikor a gépkocsi sebessége 0 km/h. Ekkor kivezérli a legnagyobb működtető erőt, illetve megszünteti azt ismételt gombnyomásra.
Dinamikus működés Ilyenkor a gépkocsi sebessége > 0. A működtető erő a kapcsoló nyomva tartási idejével arányos, felengedve fékoldás.
A gyújtás kikapcsolásakor: Automatikus befékeződés. Az elektronika átprogramozásával ez a működésmód megszüntethető.
Szerviz módusz: A fékbetét cseréhez a diagnosztikai műszerrel aktiválható. A villanymotor visszafelé forgatja a működtető mechanikát alap helyzetig. Csak ez után nyomható vissza a fék munkahenger dugattyúja. Normál működéskor ugyanis csak a fékoldáshoz éppen szükséges visszamozgatás valósul meg. Ez így az automatikus utánállító feladatát is ellátja.

Statikus fékezésnél a gépkocsi vezető megnyomja a rögzítő fék gombot – fékezés.

Az elektronika a motorra fékezés irányú áramot kapcsol. Ezzel felfekteti és rászorítja a fékbetétet a féktárcsára. Lekapcsolja a villanymotort egy bizonyos előre meghatározott áramfelvételnél. Bekapcsolja az ellenőrző lámpát.

Ezekhez a műveletekhez szükséges információk:

A kerekek fordulatszáma
A kapcsoló helyzete
A motor áramfelvétele
A motor forgása

4.12. ábra - TRW-Lucas fékezési és fékoldási helyzet

4.13. ábra - A statikus fékezés működés jellemzői

Statikus fékoldásnál a gépkocsivezető megnyomja a rögzítő fék gombot a rögzítő fék oldásához.

Az elektronika ellenőrzi a gyújtáskapcsoló helyzetét, ha az be van kapcsolva, a villanymotorra fékoldás irányban áramot kapcsol. Ha a fékbetétnél a hézag eléri a 0,5 mm –t a villanymotort kikapcsolja. Az ellenőrző lámpát kikapcsolja.

Az ezekhez a műveletekhez szükséges információk:

A rögzítő fék kapcsoló helyzete,
A gyújtáskapcsoló helyzete,
A motor áramfelvétele,

Motor fordulatok száma.

4.14. ábra - Statikus fékoldás működés jellemzői

Dinamikus fékezésnél a gépkocsi vezető megnyomja a rögzítő fék gombot - fékezés

Az elektronika bekapcsolja a féklámpát és az ellenőrző lámpát. A motorra fékezés irányú áramot kapcsol. A kerék csúszásakor a fékerő csökkentés, majd ismételt növelés.

Ha a gépkocsi megállt statikus befékezés.

Ezekhez a műveletekhez szükséges információk:

A rögzítő fék kapcsoló helyzete,
Kerék fordulatszám,
Motor áramfelvétel,

Motor forgás.

4.15. ábra - Dinamikus fékezés ABS szabályozással

4.3.5. Az elindulás segítése (DAA)

Vezetői aktivitás: elindulás. Az elektronika ellenőrzi az emelkedőt és felismeri a menetirányt. Egy előre meghatározott motor nyomatéknál oldja a rögzítő féket. Ha esetleg leállna a motor (lefulladás) ismét fékezés.

Ezekhez a műveletekhez szükséges információk:

Motor nyomaték,
Motor fordulatszám,
Emelkedő meredekség,
Bekapcsolt sebességfokozat.

4.3.6. Befékezve tartás Hill Hold (HH)

Vezetői aktivitás: megáll a gépkocsival. Az elektronika, ha a fékpedál 5 s-nál tovább le van nyomva, működteti a rögzítő féket. CAN üzenet küld. Ha a gépkocsi áll és 3 s után a fékező nyomás 5 bar-nál nagyobb, fékoldás, mint az elindulás támogatásnál.

A szükséges információk

Kerekek fordulatszáma,
Motor nyomaték,
Motor fordulatszám,
Emelkedő meredekség,
Bekapcsolt sebességfokozat.

4.3.7. A TRW-Lucas elektromechanikus fékrendszer fontosabb műszaki jellemzői:

Működésbe lépés ideje 1 másodpercnél rövidebb.

A fékoldás ideje 0,6 másodpercnél rövidebb.

A működéshez szükséges feszültség: 9 - 16 V között.

Legnagyobb működtető erő: 17 kN.

Áramfelvétele működéskor: 2 x 19 A.

Üzemkész állapotban: 195 mA.

Nyugalmi állapotban: 0,1 mA.

A dinamikus fékezéskor elérhető lassulás 0,3 g.

4.3.8. Fékbetét csere előtt az elektromechanikus rögzítő féket vissza kell állítani alaphelyzetig.

A féknyereg dugattyúja csak ezután nyomható vissza és ezután szerelhető be az új fékbetét. A féknyeregre szerelt változatnál a mechanikus működtető egység ellátja az automatikus utánállító feladatát is, mert fékoldáskor éppen csak annyit mozdít vissza a villanymotor, amennyire szükség van. Ezért a dugattyú és a működtető anya is a fékbetét kopásával arányosan egyre kijjebb mozdul. A fékbetétek cseréje előtt, azért, hogy a dugattyú visszanyomható legyen, teljesen vissza kell állítani a működtető szerkezetet a kiindulási alaphelyzetbe.

A visszaállítás történhet:

A gépkocsi diagnosztikai eszközének egy erre a célra kifejlesztett programjával, mely a villanymotort ellentétes forgásirányban működteti.

Kézzel mechanikusan, a menetes orsó forgatásával is elvégezhető, bár ez időigényes.

4.16. ábra - Az anya helyzete kopott fékbetétnél és a visszaállítás után.

4.3.9. Smart Parking Brake

Az elektromechanikus rögzítő fék EPB (elektrische Parkbremse, Electric Parking Brake) továbbfejlesztett változata az SPB (Smart Parking Brake), melynek már nincs külön elektronikája, hanem az ESP integrális részét képezi. A beavatkozó egységre szerelnek egy kis „smart” elektronikát (SECU) Ez a korábbi EPB elektronikánál lényegesen kisebb intelligenciával rendelkezik, de az alapműködésekre képes, mint a fékező erő szabályozása és a működés felügyelete. A teljes rendszer felügyeletét az ESP elektronika, vagy egy sensor cluster látja el. Az adatátvitel CAN hálózaton keresztül történik. Az SPB rendszer az üzemi fék integrális része. A gépkocsi hajtásláncával, a passzív biztonság elemeivel is kapcsolatban van az SPB rendszer. A vezető lefékezési, illetve lassítási igényt közöl az SPB rendszerrel. A rendszernek tudomására kell jusson, hogy a vezető jelen van, vagy nincs. Az üzemi fék is küldhet fékezési igényt az SPB rendszernek és fogadhatja is azt. A két rendszer a pillanatnyi állapotra vonatkozó információkat is kicseréli egymás között. A gépkocsi a pillanatnyi állapotra vonatkozó jeleket is küldhet az SPB rendszernek. Ezek lehetnek a gépkocsi pillanatnyi sebessége, a lejtő meredeksége, és a pillanatnyi vonóerő. Az SPB rendszer a feszítőerőre vonatkozó információt közli a gépkocsival. A gépkocsivezetővel a kapcsolatot a műszerfalra szerelt két állapotú kapcsoló jelenti. A vezetőt ellenőrző lámpa és felirat, továbbá hangjelzés tájékoztatja. A vezető jelenlétéről a passzív biztonsági rendszer tájékoztatja az SPB rendszert. A vezető tevékenységéről a gáz-, a fék-, és a tengelykapcsoló pedálon keresztül, továbbá a bekapcsolt sebességfokozat révén szerez tudomást a rendszer. A központi elektronika létesít kapcsolatot a többi elektronikus rendszerrel.

Az SPB használja az EPB féknyerget, és az üzemi fékrendszert is. A féknyeregre az elektromos csatlakozó közelébe szerelik fel az elektronikát. Ezen keresztül kapja a tápfeszültséget és CAN csatlakozóval, valamint a villanymotor működtető áramkörrel is el van látva. A villanymotor mechanikus áttételen keresztül forgatja a menetes orsót, mely az anyát fékezés, vagy fékoldás irányában mozgatja. Az önzáró anyamenet a motor kikapcsolása után is megtartja a feszítő erőt.

A Smart Electronic Control Unit (SECU) új működésmódokat tesz lehetővé és számos előnyt kínál:

Kevésbé összetett a rendszer,
Egyszerűbb a vezetékhálózat,
Más rendszerekkel közösen lehet használni a processzor kapacitást, ez csökkenti a költségeket és az applikációt,
szükségtelenné válik egy elektronika doboz,
a kormánykerék zárral is kombinálható a fék működtetés,
az elektromechanikus elemek működésének felügyelete jobban megvalósítható.

Az SPB-nél először kerül az elektronika közvetlenül a kerék közelébe. A speciális elhelyezés miatt robosztus kivitel és megbízható vizsgáló program szükséges. Vibrációnak és hő terhelésnek kitett helyre került az elektronika.

Az SPB különbséget tesz a vezető által kezdeményezett és az automatikus beavatkozások között. Különbséget tesz továbbá a statikus és a dinamikus, illetve az ismeretlen járműállapot között. Az egyes működések prioritása a menetállapottól függ. A szoftverfunkciókat több elektronika között osztják meg. A központi elektronika (CECU) hozza létre a parancsokat a SPB beavatkozó egysége számára.

A CECU a következő feladatokat látja el:

Átveszi, és fogadja a különböző információkat.
Kiértékeli a rendszer információkat és kiválasztja a megfelelő rendszerműködést és a hozzá tartozó állító tag beavatkozásokat.
Meghatározza a feszítő erő nagyságát az egyes beavatkozó egységeknél.
Diagnosztizálja a teljes rendszer működését.
Tárolja a hibakódokat.
Biztosítja a diagnosztikai csatlakozás lehetőségét.
Azonosítja a rendszer beavatkozó egységeit.
Hiba esetén kikapcsolja az SPB villanymotorok vezérlését.
Tárolja a gépkocsi paramétereit.
Felügyeli a hálózati tápfeszültséget.

A feladatok teljesítéséhez megfelelő processzor teljesítmény és tároló kapacitás szükséges. Meg kell feleljen a biztonsági koncepcióknak.

4.4. Haszonjárművek elektronikus rögzítő fék rendszere

A Knorr-Bremse fejlesztett ki haszonjárművekhez a „brake by wire” elven működő elektronikus rögzítő féket. Az előzetes számítások alapján megállapították, hogy önálló termékként nem kifizetődő a gyártása. Célszerű tehát egy már meglévő rendszerbe integrálni, melyet egyébként is felszerelnek a haszonjárművekre. Az elektronikus sűrített levegő előkészítő egység az EAC tűnt ehhez megfelelőnek, mert méretét, és az elektronika kapacitását tekintve elég tartalékkal rendelkezik ahhoz, hogy ez az integráció megvalósulhasson.

A költségeken kívül, a változtatást a formatervezők régi vágya is indokolta, hogy a rögzítő fék működtető elem is könnyen beilleszthető legyen a legkülönbözőbb formaterekbe.

Különösen a billenthető fülkés teherautóknál okozott gondot és költséget a kézifék szelephez vezető csövek elhelyezése. A flexibilis műanyag csövek alkalmazása a nehézségeket mérsékelte, de az optimális megoldást az elektromos működtetés jelenti. Ennél a gépkocsivezető az újabb személygépkocsikhoz hasonlóan, elektromos kapcsolóval tudja működtetni a sűrített levegős, rugóerő tárolós munkahengerrel ellátott rögzítő féket. Ehhez az EAC –re felszereltek egy relé-szelepet, melyre a nagy sűrített levegő térfogatigény miatt van szükség. Változatlanok maradtak a rugóerő tárolós munkahengerek.

4.17. ábra - Volvo műszerfalra szerelt rögzítő fék működtető kapcsoló

Fontos kritérium volt a rendszerrel szemben, és ez jelentette a legnagyobb újdonságot, hogy ez az első olyan fékrendszer, amelynek önálló beavatkozási joga van, ráadásul úgy, hogy nincs pneumatikus back-up –ja. Hiba esetén is megtartja a működőképességét a rendszer. Ha például vezetékszakadás miatt megszűnik a kapcsolat a műszerfalon elhelyezett rögzítő fék kapcsolóval, a gépkocsival el lehet indulni az automatikus fékoldás révén és megállás után a gyújtás lekapcsolása után automatikusan működésbe lép a rögzítő fék.

A vezető erről a hibáról úgy szerez tudomást, hogy a gépkocsi csak nagyobb gázpedál lenyomásra fog elindulni.

A rögzítő fék légtartály feltöltődésekor nem következik be automatikusan a fékoldás, mint hagyományos rendszereknél, amikor például a kézi fék kar fékoldási helyzetben maradt. Azokhoz a rendszerekhez ennek elkerülésére egy újabb szelepet kell beépíteni. Ez az elektronikus parkoló féknél kiegészítő szerelvény nélkül megvalósul. A fék oldására az EPB a vezető részéről egy megerősítést kér, hogy valójában ott ül az ülésben. Ehhez nem kell külön szerelvény. A vezető részéről a fékoldási megerősítés azt jelenti, hogy kissé lenyomja a gáz-, vagy a fékpedált.

4.18. ábra - A rögzítő fék működtető kapcsoló három érintkezős csatlakozóval kapcsolódik az elektronikus hálózathoz.

4.4.1. Az elektronikus rögzítő fék alapszolgáltatásai

Az egyik fontos alapkövetelmény, hogy a rögzítő fék a befékezett, vagy a fékoldási állapotot biztonságosan tartsa. Egy elektronikus rendszernél ezt nem olyan egyszerű biztosítani, de végül sikerült megvalósítani, hogy semmilyen elektronikus, vagy pneumatikus hiba, illetve működési körülmény ne tudja ezt az alapfeladatot befolyásolni.

A rögzítő fék oldásakor az elektronika meg tudja vizsgálni, hogy egyáltalán végrehajtható –e ez a feladat. Először ellenőrzi például, hogy az üzemi fék két körében rendelkezése áll -e a megfelelő nyomás.

Biztosítható az EPB (Electronic Parking Brake) akaratlan oldás ellen. Ehhez a vezető részéről megerősítésre van szükség, ami lehetséges a fék-, vagy a gázpedál lenyomásával. Csak ezután következik be a rögzítő fék oldása.

A rögzítő fék az aktiválás előtt ellenőrzést végez. Ha például a gépkocsi 80 km/h sebességgel halad és véletlenül működtetik a rögzítő fék kapcsolót, ezt a parancsot nem fogja végrehajtani. Ebben az állapotban csak biztonsági fékként, lassító fékezés hajtható vége, de nem rögzítő fékezés. Ezt a kapcsoló elmozdításával arányos működést, mint biztonsági féket, a nemzetközi előírás is megköveteli. Az elektronikus rendszernél ez a működésmód sokkal kisebb késedelemmel működik, mint a hagyományos rögzítő fékeknél és sokkal finomabban szabályozható.

A rögzítő fék használatakor a pótkocsi kétféle módon fékezhető. Hagyományosan a pótkocsi üzemi fék rendszerét működtetve. Az újabb pótkocsikat már rugóerő tárolós rögzítő fékkel látták el, mely más módon működtethető. Mindkét változat megvalósítható az új fejlesztésű EPB –vel. Ehhez az szükséges, hogy az ennek megfelelő csatlakozóhoz kell bekötni a szerelvényt.

Ennél a rendszernél is van lehetőség az ellenőrzésre. Ekkor a gépkocsi vezető oldani tudja a befékezett pótkocsit és meggyőződhet arról, hogy a pótkocsi légtartályaiban a nyomás megszűnte után nem fog –e elgurulni a szerelvény, amikor a vontató hátsó tengelye marad csupán befékezve.

4.19. ábra - Az EAC 2.5 integrális részét képezi

4.4.2. A rögzítő fék alapszolgáltatásainak bővítése

A vezető munkáját az automatikus rögzítő fék működtetés megkönnyíti. Elinduláskor a kifékezés automatikusan bekövetkezik a gázpedál lenyomásakor. A gyújtás kikapcsolásakor pedig a rögzítő fék automatikusan befékeződik. Ez a vezetési komfort növelésén túl a biztonságosabb közlekedést is szolgálja.

Az elektronikus rögzítő féket külső fékezési parancsok is működtethetik. Ezek a működésmódok más elektronikákkal a CAN hálózaton keresztüli kommunikáció révén valósulnak meg. Ilyen fékezési parancs érkezhet például a radarral működő követési távolság szabályozó rendszertől, ha az előtte haladó gépkocsit a biztonságosnál jobban megközelítette.

Vissza		Előre
3. fejezet - Elektronikus asszisztens rendszerek	Főoldal	5. fejezet - ESP rendszerek