6. fejezet - Hidraulikus fék, ABS, ASR rendszerek

Szénkefe nélküli villanymotor nagy dinamikával, csavarorsó-csavaranya hajtással mozdítja el a rásegítő dugattyúját és ezzel létrehozza a fékező nyomást. Az elmozdulásról elektromos érzékelő ad visszajelzést az elektronikának. Ezzel az egységgel 500 bar/sec fékezőnyomás kivezérlés érhető el mind a négy keréknél.

Ez a hidraulikaegység részét képezi. Egy szeleppel a hidraulikarendszerhez hozzákapcsolható, és lekapcsolható (meghibásodás esetén). Lehetővé teszi a gyártó által beállított biztonságos és komfortos fékpedál karakterisztika megvalósulását.

Kis átmérőjű kétkörös tandem főfékhenger (Tandem Master Cylinder), elektromos hiba esetén, például amikor nincs tápfeszültség, is kis működtető erőt igényel és nagy lassulás megvalósulását teszi lehetővé. 500 N pedálerőnél 6,44 m/s2 lassulás érhető el. Az ehhez szükséges fékpedál elmozdulás 100 mm. Az így elérhető lassulás érték jóval meghaladja a hatóság által a biztonsági fékre előírt értéket. A kivezérelt fékezőnyomásokat elektromos érzékelők jelzik vissza az elektronikának.

Ezeket a szelepeket a közvetlenül a fékezőegységre szerelt elektronika működteti. Az egyik elektromágneses szelepcsoport a kerekek egyedi fékezőnyomás modulációját teszi lehetővé az ABS/ASR és az ESP működésnél. Ehhez 4 db. nyomásnövelő és 4 db. nyomáscsökkentő szelep szükséges.

A másik elektromágneses szelepcsoport a brake by wire, és a biztonsági fék működésekhez szükségesek. 2 db fékrásegítőt a rendszerhez kapcsoló szelep és 2 db. elzáró szelepet építenek be.

A működtető elektronikát is a hidraulika egységre szerelik. Ez biztosítja a fékrásegítőt működtető villanymotor áramellátását. Működés közben fogadja a nyomás-, és az elmozdulás érzékelők jeleit. Az ABS/ASR és az ESP rendszer működtetését is ez az elektronika végzi, továbbá a teljes rendszer működését felügyeli. Ellátták hibakód tárolóval is.

6.20. ábra - Continental Teves MK C1 hidraulikaegység részegységei és az elektronika

Ez a fékező egység alkalmas az elektronikus rögzítő fék DSe akuktuátoránál az elektromechanikus befékezésre és az oldásra, ha a gépkocsi sebessége kisebb 3 km/h –nál.

Amikor a gépkocsi sebessége nagyobb 3 km/h –nál az aktív fékrásegítővel megvalósítható az üzemi fék működtetése.

Az elektronika felismeri a vezető elindulási szándékát és automatikusan oldja az elektromechanikus rögzítő féket.

A CAN hálózaton keresztül érkező külső fékezési parancsok fogadására is képes és hatására megvalósul a befékezés.

Működése:

Amikor a gépkocsivezető a fékpedálra lép, a nyomásérzékelő jelére gerjesztő áramot kap a fékrásegítőt működtető villanymotor. Az áttétel és a csavaranya – csavarorsó áttételen keresztül elmozdítja a tandem rendszerű hidraulikus egység dugattyúit és ezzel létrehozza a rásegítő nyomást. Az egyes kerekek fék munkahengereiben a fékező nyomásokat a pillanatnyilag fennálló tapadási tényezőnek megfelelően az elektromágneses szelepek állítják be. A kerekek mozgásállapotát az ABS rendszereknél használatos kerékfordulatszám érzékelők jelzik vissza az elektronikának, mely alapján működik a nyomás moduláció fékezés közben. Ha a vezető kissé visszaengedve a fékpedált, csökkenti a fékező nyomást, a nyomás érzékelő jelére az elektronika ellentétes polaritású gerjesztő áramot kapcsol a rásegítő villanymotorjára, az visszafelé mozgatja a dugattyúkat és ezzel csökkenti a rásegítő nyomást. Ehhez hasonlóan történik a teljes fékoldáskor a fékező nyomás megszűntetése.

Ha a gépkocsi fékrendszerét az ABS kerékfordulatszám érzékelőkön kívül kiegészítik az ESP rendszereknél használatos speciális érzékelőkkel: kormánykerék elfordítás érzékelő, perdülési sebesség és kereszt irányú gyorsulás érzékelő, az MK C1 is alkalmas ESP működésre.

A következő ábra diagramja az MK C1 integrális fékrendszer működési jellemzőit mutatja hibátlan és meghibásodás miatt kikapcsolt állapotban.

6.21. ábra - Kísérleti autóba szerelt Continental Teves MK C1 fékrendszer működési diagramja.

Ennél az új fékrendszernél a külső fékezési parancsok fogadására vonatkozó működésre jó példa az alábbiakban leírt, kedvező eredményeket adó kísérlet. Az EU előírásainak megfelelően egyre nagyobb figyelem irányul a gyalogosok védelmére. Az első lökhárítóba szerelt érzékelő, mely a gázolás pillanatában aktiválja a motorháztetőt kissé megemelő egységet és az első szélvédőre kívülről ráterülő légzsákot, a vezetőtől függetlenül aktiválni tudja ezt a fékrendszert is.

6.22. ábra - Az MK C1 fékrendszer gázolásos baleseteknél túlélési esélyt ad

Az így végrehajtott vészfékezés 20˚C környezeti hőmérsékletnél megállítja a gépkocsit,

-30 ˚C környezeti hőmérsékleten pedig a sebességét 15 km/h sebességre mérsékli. Az első esetben az elgázolt személy sérülése a MAIS 1 fokozatba sorolható könnyű sérülés. A második esetben pedig MAIS 2 – 4 fokozatba sorolható közepesen súlyos sérülés. Ezek a 66 km/h sebességgel végrehajtott gázolási kísérletek fékezés nélküli esetekben, vagy amikor a vezető fékezett, az elgázolt dummykkal kiértékelve MAIS 5 – 6 fokozatúak, tehát halálos kimenetelűek.

6.23. ábra - Az MK C1 –el végrehajtott vészfékezés különböző környezeti hőmérsékleten

Ellenőrző kérdések:

A Bosch ABS 1 és sajtóbemutatója 1970-ben volt. A több mint 2000 áramköri elemből összeállított analóg működésű elektronika megbízhatósága még nem volt megfelelő. Ez a rendszer még nem volt alkalmas a sorozatgyártásra. Ennek ellenére bebizonyította a blokkolásgátló előnyeit, rendkívül pozitív hatását a közlekedésbiztonságra. Az ABS –nélkül gépkocsi csúszós úton kanyarodás közben ha intenzív fékezés válik szükségessé, a blokkoló kerekek miatt megszűnik az oldalvezető erő. Ennek következménye, hogy a gépkocsi kitör, letér az útról, ezzel súlyos balesetet okoz. Ugyanilyen körülmények között ha az ABS -el felszerelt gépkocsit fékezik, kerekei nem blokkolnak. Nem éri meglepetés a gépkocsivezetőt, az autó nem tör ki, és lassulás közben is követi az út vonalvezetését. A blokkolásgátlóval ellátott gépkocsival tehát kanyarodás közben is végre lehet hajtani intenzív fékezést, méghozzá biztonságosan.

6.25. ábra - Fékezés és kanyarodás ABS-el és anélkül csúszós úton a sajtóbemutatón 1970 -ben. A résztevőket a bemutató meggyőzte az ABS fontosságáról.

1970 –ben mutatták be az Amerikai Egyesült Államokban a mikroprocesszort. Hamarosan elkezdődött a gyártása. Szélesebb körű elterjedése újabb lendületet adott a különböző elektronikák fejlesztésének. A digitális elektronika megbízhatóvá, és gyors működésűvé tette a blokkolásgátlót is.

1978 –ban kezdődött el a Bosch ABS 2S sorozatgyártása és beépítése, kezdetben a Mercedes S osztályba, majd a Volvo 780 –as személygépkocsikba.

Ha a kerékcsúszás egy bizonyos határértéknél nagyobb, a tapadási tényező átvált a csúszó súrlódásnak megfelelő kisebb értékre. Ez okozza azt, hogy a kerék egy tized másodpercen belül blokkol. A mozgó gépkocsi és az álló kerék intenzív helyi abroncskopást eredményez. Az ABS, amely megakadályozza a kerék blokkolását, elkerülhetővé teszi a jelentős helyi kopást. Viszont a féknyom alig látható, amely megnehezíti a baleseti helyszínelést.

Az ABS tehát, mint a gépkocsik aktív biztonságának egyik fontos eleme, növeli a menetbiztonságot.

Ha működik az ABS, a gépkocsi pánikszerű fékezéskor is megőrzi kormányozhatóságát. Ezért számos baleset elkerülhetővé válik. Az esetek többségében, szilárd burkolatú úton rövidül a fékút is. Terepen, homokos, sóderos felületen, de laza friss hóban is a blokkoló kerék maga előtt a laza anyagból éket túr, ami alakzárásával csökkenti a fékutat. Ezt a jelenséget használják ki újabban az ABS terep fokozatánál, mely nagyobb kerékcsúszást engedélyez, mint a szilárd burkolaton működő algoritmus. A kezdeti alkalmazásoknál még a gépkocsivezetőre bízták az átkapcsolást. Az újabb ABS algoritmusok figyelik a kerekek torziós lengéseinek amplitúdóit és frekvenciáit, mely alapján felismeri, hogy a gépkocsi terepen közlekedik. Ilyenkor automatikusan aktiválja az ABS terep fokozati működését. Ez a lehetőség jelenleg még csak az újabb terepjáró személygépkocsiknál áll rendelkezésre.

A fékezési kerékcsúszás szabályozás már a harmincas évek óta foglalkoztatja a fejlesztő mérnököket. Ez volt a diplomamunka feladata annakidején Fritz Ostwaldnak, a müncheni Egyetem fizika szakos hallgatójának. Sikeresen el is készítette a modellt, mely sűrített levegős fékkel működött és mechanikus kerékcsúszás érzékelőt alkalmazott. Ez volt tehát a blokkolásgátló őse.

Az egyik lehetséges ABS szabályozási kritérium

A szabadalmakban gyakran megjelenik az ABS szabályozási kritériumaként a következő összefüggés:

Ennek sikeres alkalmazásához a fékerőt és a nyomást a teljes működési tartományban legalább 2%-os pontossággal kellene mérni. A nyomás érzékelése és mérése még nem okozna problémát, de a fékerő esetében már komoly nehézségeket kellene megoldani.

A fékezés kezdetétől számított 120 – 130 ms-on belül blokkol a kerék, ha nem történik meg a megfelelő beavatkozás. Ezért tehát nagyon gyorsan kell megvalósítani a beavatkozáshoz szükséges adatnyerést, az adat feldolgozását, és a fékező nyomás módosítását.

Az ennél a szabályozási módnál alkalmazott kerék kerületi lassulás „-b” küszöbértéke a jól tapadó úton elérhető legnagyobb lassuláshoz igazodik. Értéke általában 14 m/s2 körüli. A szabályozás működése közben azonban bizonyos veszteségidőkkel is számolni kell, melyek a következők:

A küszöbérték elérését követően az úgynevezett „szűrési idő” alatt határozza meg az elektronika a beavatkozás szükségességét. Csak ennek elteltével történhet meg a fékező nyomás változtatása. Az érzékelőhöz tartozó, a kerékagyra szerelt póluskerék jó néhány fogának el kell mozdulnia a kerékfordulatszám érzékelő előtt ahhoz, hogy a kerületi lassulás nagy biztonsággal meghatározható legyen.

Az elektromágneses szelepnél például a mágneses erőtér felépüléséhez és a mozgó résznél a mechanikai súrlódások legyőzéséhez például 2 – 5 ms idő szükséges.

Az ezekből az előzőekben ismertetett értékekből összeadódó teljes veszteségidő közepes jármű sebességnél 12-15 ms körüli értékű.

Az előre meghatározott „+b1” küszöbérték átlépésekor nyomásnövelés fog bekövetkezni. A „+b2” küszöbérték átlépésekor pedig nyomástartás. Ennél a szabályozási változatnál például a kanyarbelső hátsókerék kerületi lassulása jóval a „–b” küszöbérték alá csökkenhet és akár blokkolhat is, amit ez a szabályozás nem fog felismerni, csupán a küszöbérték átlépését. De az is lehetséges, hogy a küszöb átlépése után azonnal megszűnik a további lassulás. Ezek alapján megállapítható, hogy a kerületi lassulás alapján történő szabályozás egy kerékhez megfelelő lehetne, de a teljes gépkocsiéhoz már nem.

6.26. ábra - ABS szabályozás kerületi lassulás küszöbértékek alapján

Fékezéskor mindig kialakul egy bizonyos kerékcsúszás. Ezért kézenfekvő, ez alapján megvalósítani a szabályozást. A kerékcsúszás a vizsgált kerék és a gépkocsi sebességek különbségeként határozható meg, melyet a gépkocsi sebességére vonatkoztatunk.

Mindkét sebesség a kerék síkjára vonatkoztatott érték. A szabadon gördülő keréknél a csúszás (szlip) 0%, a blokkoló keréknél a csúszás (szlip) 100%. A tapadási tényező egyrészt az útburkolat fajtájától, másrészt pedig az időjárási viszonyoktól, a környezeti hőmérséklettől függ. A tapadási tényező a fékezés kezdetén erőteljesen, szinte lineárisan növekszik. Ezt stabil szakasznak nevezzük. Addig tart, amíg a tapadási tényező eléri a maximális értékét.

6.27. ábra - A gumiabroncs tapadása különböző útfelületeken, 1. száraz aszfalt, 2. nedves aszfalt, 3. laza, friss hó,4. nedves jég

A gépkocsi sebességét nem ismerjük, de lehetőség van arra, hogy viszonylag pontosan megközelítsük az értékét. Ehhez az elektronika egy bizonyos algoritmus alapján a kerekek sebességeiből meghatározza az úgynevezett referencia sebességet. Ez nem tekinthető egy matematikai átlagnak, hanem bizonyos logikai feltételeket is figyelembe vesznek. Csak így valósulhat meg egy működőképes szabályozás.

A kerékcsúszás alapján történő szabályozáshoz az elektronika a referencia sebességhez képest meghatároz egy λ1 és egy λ2 kerék csúszás küszöbértéket. Ez után pedig azt figyeli, hogy a kerekek csúszása mikor lépi át ezeket a küszöbértékeket. Ennél a szabályozási változatnál nagy jelentősége van a referencia sebesség pontos meghatározásának. Ha a négy kerék sebességének átlagát tekintenénk referencia sebességnek, az egyik kerék blokkolása az értéket nagyon lecsökkentené és a szabályozás működése nem lenne megfelelő. Ezért ilyen esetben egy bizonyos ideig kizárják az átlag képzésből ezt a blokkoló kerék értékét.

6.28. ábra - ABS szabályozás a kerékcsúszás alapján

Önállóan a fentiekben ismertetett egyik szabályozás sem lenne használható egy gépkocsi ABS működéséhez. Az alkalmazható eredményesen, ha a kerék kerületi lassulás alapján-, illetve a kerékcsúszás alapján történő szabályozások kombinációját használják.

6.29. ábra - Kombinált ABS szabályozás a kerékcsúszás és a kerék kerületi lassulása alapján

A „gép állapot” szabályozásnál az elektronika a gépkocsi pillanatnyi állapotát fizikai jellemzőinek mérése és azok bizonyos küszöbértékkel történő összehasonlítása alapján állapítja meg. Ezek az állapotok bizonyos beavatkozásokat fognak kiváltani. Ez az ABS-nél lehet az elektromágneses szelepek működtetése, vagy például a fékfolyadék szivattyú bekapcsolása. Hatásukra hirtelen változások fognak bekövetkezni. Ezeket nem csak az alkalmazott elektronikus érzékelők, hanem a gépkocsiban utazók is érzik. Az alábbi ábra szemlélteti ezt a szabályozási elvet. Bizonyos állapotokat, bizonyos beavatkozások követnek.

6.30. ábra - Hidraulikus ABS –nél alkalmazott gép állapot szabályozási elv

Egyedi szabályozás: az ABS elektronika mindegyik kerékhez a pillanatnyi tapadási tényezőnek megfelelő fékező nyomás vezérli ki. Így a lehető legrövidebb lesz fékút, de nagy perdítő nyomaték alakulhat ki, ha a jobb és a bal oldali kerekek között nagy a tapadási tényező eltérés.

Alsó szintű szabályozás: Az először megcsúszó keréknek megfelelő lesz a fékező nyomás a nagyobb tapadási tényezőjű útfelületen is. Ezért nagyon megnövekszik a fékút, viszont előnyös azért, mert a gépkocsira nem hat perdítő nyomaték. Nem alakul ki stabilitás vesztés.

Módosított egyedi szabályozás: ez a szabályozás úgy kezdődik, mint az alsó szintű, de a nagyobb tapadási tényezőjű felületen gördülő keréknél a fékező nyomást lassan fokozatosan növeli arra az értékre, amit a tapadási tényező lehetővé tesz. A gépkocsira ható perdítő nyomaték ilyenkor csak lassan, fokozatosan alakul ki. Értéke olyan, amit a vezető ellenkormányzással még képes kiegyenlíteni. Az eredmény: kedvező fékút, elfogadható és uralható perdítő nyomaték.

A kerék blokkolásának megakadályozása így tehát nem egyszerű, de nem is megoldhatatlan feladat.

Ha az elektronika azt érzékeli, hogy fékezés közben fokozódik a kerékcsúszás, ez azt jelenti, hogy a tapadási tényező – kerékcsúszás diagramon a maximális értéket, vagyis az ideális pontot már túlléptük. Nagyon gyors, de finoman szabályozott nyomáscsökkentéssel a kerék ismét a tapadási tényező – kerékcsúszás diagram stabil tartományba gyorsítható. Ez után már csak lassan növelhető a fékező nyomás az optimális munkapontig.

További problémákkal kell megküzdeni:

6.31. ábra - A tapadási tényező alakulása az egyik keréknél a csúszás függvényében.

A gépkocsi az előzőekben ismertetett referenciasebességének (vref) és a különböző küszöbértékeknek a képzését az elektronika a beérkező kerékfordulatszám jelek és a tárolt adatok alapján végzi. Az említett küszöbértékek azért szükségesek, hogy:

A meghatározott küszöbértékek alapján működhet a kerék mozgásállapotát felismerő egység, mely a pillanatnyi „fázist” definiálja. Ez az úgynevezett „gép állapot szabályozás” alapja. Az egyes fázisoknak megfelelően történhet az ABS hidraulikaegységbe szerelt fékfolyadék szivattyú és az elektromágneses szelepek vezérlése, ami beállítja a kerekeknél a megfelelő fékező nyomást. A kerekek mozgásállapotának változásait a fordulatszám érzékelők jelei alapján tudja megállapítani az elektronika. Ez adja a szabályozáshoz a tulajdonképpeni visszacsatolást. A jelek különböző szűrőkön keresztül érkeznek, és ezekkel párhuzamosan van egy úgynevezett „stabil állapot figyelő” áramkör is bekötve.

A kerék instabil viselkedésének megítélése, és a szabályozási fázisok meghatározása a következő ismérvek alapján történik:

Ezeken kívül az elektronika még kiszámítja a megbecsült gépkocsi lassulást is. A referencia sebesség meghatározásánál még egyéb körülményeket is figyelembe vesz.

6.32. ábra - Az egyik kerék ABS szabályozásának modellje

Összkerékhajtású gépkocsiknál például előfordulhat, bizonyos körülmények között, hogy mind a négy kerék kipörög. Emiatt nagyobbra adódik a referencia sebesség, ami hátrányosan befolyásolja az ABS működését, ha közvetlenül ez után történne egy intenzív fékezés. Ezt az állapotot felismeri a szoftver és a tényleges gépkocsi sebességnek megfelelően lecsökkenti a referencia sebességet a megfelelő értékre.

A gyors nyomáscsökkentés célja a blokkolási veszély további növekedésének megakadályozása, és a kerék mozgásállapotának stabilizálása.

Azért követi ezt egy lassú nyomásnövelés, hogy az optimális kerékcsúszás fokozatosan megközelíthető legyen és az optimális értéken tartása minél hosszabb ideig lehetővé váljon. A gyakorlatban alkalmazott szabályozásoknál általában az első nyomásnövelő impulzus az előző nyomáscsökkentéshez tartozó érték felével fogja növelni a fékező nyomást. Ezután a másik két nyomásnöveléssel a beavatkozás kezdetén megvalósított nyomást fogják visszaállítani, amennyiben az útfelület homogén.

Az ABS hidraulikaegységbe a két fékkörnek megfelelően egy DC villanymotor által forgatott excenterrel működtetett kétkörös dugattyús fékfolyadék szivattyút építenek be. Ez szükséges ahhoz, hogy a nyomáscsökkentésekkel a fékrendszerből távozó energia pótolható legyen és felkészüljön a következő újrafékezésre. A dugattyús működés miatti nyomás lüktetését a szivattyú közelébe beépített két kis légüst csillapítja.

A kerekenként kialakított egy - egy ABS csatornához egy nyomásnövelő és egy nyomáscsökkentő elektromágneses szelep tartozik. A nyomáscsökkentő szelep nyitásakor a fék munkahengerből kiáramló fékfolyadékot fékkörönként egy – egy kisnyomású dugattyús tároló tér fogadja. Innen juttatja vissza a szivattyú az adott fékkörbe a fékfolyadékot.

A hidraulika egységre szerelik fel a felületre szerelt technológiával készülő működtető elektronikát. A működéshez szükséges különböző algoritmusokat programosnak be.

6.33. ábra - Az ABS szabályozással kiegészített fékrendszer

Az elektronika a kis tapadási tényezőjű útfelületet arról ismerhető fel, hogy hirtelen nagy lesz a kerékcsúszás. Ilyenkor a kerék mozgásállapotának stabilizáláshoz jelentős nyomáscsökkentés szükséges. Ez az érték elérheti a 70% -ot is.

A kis tapadási tényezőjű útszakasz elhagyása a váratlanul bekövetkező, jelentős kerékgyorsulásról ismerhető fel. Az első kerekeknél ez az érték akár 8g –t is elérheti, a hátsó kerekeknél pedig 4g -t. Ha ez a jelenség mind a két első keréknél bekövetkezik, és utána egy bizonyos rövid időn belül a hátsóknál is tapasztalható, jelentős tapadási tényező növekedés történt. Ezt követően aztán mind a négy keréknél légyegesen kisebb lesz a kerékcsúszás mint korábban. Az alábbi ábrán a könnyebb felismerhetőség miatt a függőleges irányban a keréksebesség jelek kissé szét vannak húzva, hogy egymástól jól megkülönböztethetők legyenek. A felsők az eső két kerék sebesség jele, a két alsó a hátsó kerekeké.

6.34. ábra - A tapadási tényező hirtelen növekedésének felismerési elve homogén útfelületen

Rossz úton és terepen a kerék dinamikus terhelése nagyon szélsőséges értékek között változik. Arról ismerhető fel ez az állapot, hogy ilyenkor a keréksebesség változások egy bizonyos amplitúdóval, és egy bizonyos frekvencia tartományban észlelhetők. Periodikusan nagy kerékgyorsulás változások alakulnak ki anélkül, hogy azt a fékező nyomás változások indokolttá tennék.

A jelenség felismerését követően az elektronika megpróbál ilyenkor az átlagos dinamikus kerékterhelésnek és a jó útnak megfelelő, a legnagyobb tapadási tényezőnél egy kicsit kisebb értéknek megfelelő fékező nyomást beállítani és viszonylag kis nyomás modulációval hagyja a kereket lengeni.

6.35. ábra - Rossz úton, illetve terepen történő közlekedés felismerése

Az ABS –nek a közelmúltban alkalmazott változatainál a nagyobb kerékcsúszásokat megengedő terep fokozatát a gépkocsivezetőnek egy gomb megnyomásával kellett aktiválnia. Ebben az üzemmódban folyamatosan villog a műszerfalon elhelyezett ABS ellenőrző lámpa. Hasonló megoldásokat alkalmaztak a terepjáró személygépkocsiknál és a haszonjárműveknél is.

Az újabb ABS elektronikák az előbb ismertetett módszerrel a megfelelő program segítségével képesek a rossz út, illetve a terep felismerésére és automatikusan átkapcsolnak a terep működésre. Ha a gépkocsi átlépi a 40 km/h sebességet a visszakapcsolás a normál ABS működésre automatikusan bekövetkezik.

A gépkocsi ABS szabályozása kompromisszumok árán valósulhat meg. Az ABS működése közben bizonyos esetekben, egyes kerekek alulfékezettek lesznek, mert a gépkocsi fékezés közbeni stabilitása csak így őrizhető meg, illetve a gépkocsi uralhatósága csak így javítható tovább.

Ennek érdekében a legegyszerűbb intézkedés a „Select – Low Regelung” (alsószintű szabályozás) megvalósítása. Ami a hátsó kerekek azonos, a kisebb tapadási tényezőnek megfelelő nyomással történő fékezését jelenti. Az optimális lefékezettség szempontjából azonban az alsószintű szabályozás (Select – Low Regelung) kissé „gyengített” változata valósul meg a gyakorlatban. Jól tapadó úton, egyenes meneti fékezéskor, kis sebességnél és bizonyos manővereknél a hátsó kerekeknél megváltozik az alsószintű szabályozási koncepció. Fokozatosan nyomáskülönbség fog kialakulni annak érdekében, hogy rövidülhessen a fékút.

Emellett az is fontos, hogy a gépkocsi minden esetben „kielégítően“ kormányozható maradjon. Legyen könnyen irányítható kanyarmenetben, és ne törjön ki. A cél az, hogy a gépkocsi kanyarodás közben még teljes fékezéskor is uralható legyen. A gépkocsi stabilitása kerül előtérbe ilyenkor. A különböző menetállapotokban bekövetkező reakció változó tapadási viszonyok mellett se legyen kiszámíthatatlan. Fontos, hogy a tapadási tényező hirtelen változására gyorsan reagáljon az ABS. Elkerülhető legyen a túlfékezés, és főleg a kívánatosnál gyengébb fékezés. Ne növekedjék a fékút.

A hátsó kerekeknél tehát kissé módosították az alsó szintű szabályozást (Select – Low Regelung). Az első futóműnél a perdítő nyomaték csökkentés módosított egyedi szabályozással valósul meg. A kis és nagy tapadási tényező átmenetére érzékeny a szabályozás.

Az újabb ABS algoritmusoknál a részleges, és teljes fékezésnél is speciális „kanyarmeneti” blokkolásgátló működés valósul meg. Ez azt jelenti, hogy a kanyar-külső és a kanyar-belső kerekeknél az eltérő dinamikus kerékterheléssel arányos fékező nyomás valósul meg. Ezt a szabályozási módot korábban a különböző Continental Teves ABS típusváltozatoknál az „ABS – plus”, az „ESBS”, vagy a „CBC” működésnek nevezték. Ezek mindegyike a kanyar-belső kerekeken egy kis fékező nyomás csökkentést állít be. A kis nyomáskülönbség egy stabilizáló nyomatékot hoz létre a gépkocsi tömegközépponti függőleges tengelye körül. Teljes fékezésnél a nyomáskülönbséget kissé növeli az elektronika. Ez az utóbbi módosított szabályozás az egyszerűbb és ezért olcsóbb úgynevezett „standard ABS” változatoknál nem valósul meg.

A szakma ezzel a menetdinamikai szabályozóval kapcsolatosan sokféle elnevezést és rövidítést használ. Az ASR például a német Antrieb Schlupf Regelung elnevezésből származik. Ugyanezt angolul Traction Control System –nek nevezik és a TCS rövidítést használják. A motor hajtó nyomatékának csökkentését, illetve leszabályozását Engine Traction Control –nak nevezik és ETC –nek rövidítik. A vonóerő átvitel kihasználásnak javítására használják kis sebességnél a Brake - Lock Differential kifejezést (BLD). Motorfék használatakor (toló üzem) a szabályozást Engine Dragtoque Controlnak nevezik, amit EDC –nek rövidítenek.

Mindkét oldalon a túlpörgő kerék nyomatékszintjére szabályoz az elektronika az ETC szabályzás révén. Ez hatékonyan növeli a gépkocsi menetstabilitását.

Amikor az útfelület két oldalán jelentősen eltérő a tapadási tényező, irányított nyomatékelosztás (torque vectoring) valósul meg. Ez különösen a nagyobb tapadási tényezőnél, illetve kanyarban 0 – 100 km/h közötti sebességtartományban valósul meg.

Elinduláskor és gyorsításkor is a tapadási tényezővel arányos az átvihető nyomaték. A kipörgésgátló (ASR) felismeri, ha a keréken a pillanatnyi tapadási tényezőhöz képest túl nagy a vonóerő és ezért túlpörög a hajtott kerék. Ezen állapot elkerülésére az ABS/ASR elektronika a CAN hálózaton keresztül a motor elektronikának küldött paranccsal csökkenti a motor hajtó nyomatékát. Ha a gépkocsi sebessége 40 km/h –nál kisebb, lefékezi a kipörgő kereket. Ehhez bekapcsolja a hidraulika egység fékfolyadék szivattyúját, hogy létre jöjjön a szükséges fékező nyomás. Ez azonban a többi elektromágneses szelep működtetése révén csak a kipörgő kerékhez jut el. Így elkerülhetővé válik a gépkocsi megfarolása, kitörése, ami súlyos balesethez vezetne.

Ottó motoroknál a nyomaték csökkentése többféle módon is megvalósulhat:

A különböző autógyárak ezeket a beavatkozási lehetőségeket kombinálni szokták. A dízel motorok nyomatékcsökkentése a dózis mérséklésével történik. A korszerű motoroknál ezek a beavatkozások az ABS/ASR elektronika és a motor elektronika közötti CAN hálózati adatátvitel révén valósulnak meg.

A kerékcsúszástól függően az elektronika parancsára a kerekenként beépített egy – egy nyomásnövelő és nyomáscsökkentő szelep modulálja a fékező nyomást. Nyomáscsökkentéskor a visszafolyó ágon keresztül a fékkörönként egy-egy dugattyús tárolótérbe kerül a fékfolyadék. Onnan a kétkörös fékfolyadék szivattyú vissza juttatja a fékkörbe.

A két fékkörnek megfelelően nyitnak az SV1 és az SV2 szelepek. Azokon keresztül a közben az elektronika által bekapcsolt a fékfolyadék szivattyú a tartályból szív és a vezetőtől függetlenül létrehoz egy bizonyos fékező nyomást. Az elektronika az ASR1 és az ASR2, valamint a kerekenkénti elektromágneses szelepeket működtetve az éppen kipörgő kereket fékezi a szükséges mértékben.

6.46. ábra - ABS/ASR hidraulika rendszer felépítése

Ennek a típusváltozatnak az első sorozatbeépítése a Renault Megane II -be 2001-ben kezdődött. Hibrid áramkörös, továbbfejlesztett elektronikával látták el. A fejlesztési cél a tömeg és a helyszükséglet további csökkentése volt. A nyomásszabályozó szelepek mechanikus részét a hidraulikaegységbe sajtolják. A működtető elektromágneseket közvetlenül az elektronikára szerelik. A fékfolyadék szivattyút hajtó egyenáramú villanymotor tekercselt forgórészű és állandó mágneses állórészű. Ez a blokkolásgátló a korábbi változatoknál kisebb és könnyebb kivitelű

6.50. ábra - nál közvetlenül az elektronikára szerelik a szelepek tekercseit

6.51. ábra - A hidraulika egységbe sajtolt szelepek mechanikus részei.

6.52. ábra - Bosch ABS8 a fékfolyadék szivattyút hajtó egyenáramú villanymotor tekercselt forgórész és állandó mágneses állórész.

6.53. ábra - Bosch ABS8 hidraulikaegység részei

Jelenleg a Robert Bosch GmBH az ABS 9 –típust, vagyis a kilencedik generációt gyártja. Ez a következetes továbbfejlesztések eredménye. Ennek a kompakt kivitelű ABS hidraulika egységnek a tömege csupán 1,1 kg. Ezzel a világ legkönnyebb blokkolásgátlójává vált. Kedvezően kicsi a helyigénye. Valamennyi személygépkocsi szegmensnél sikeresen alkalmazhatják. Elektronikáját az SMD technológiával gyártott optimalizált mikroprocesszoros technika jellemzi. Integrális részét képezi a hidraulika egységnek a nyomásérzékelő. Moduláris szoftver architektúra jellemzi, mely megfelel a legújabb műszaki megoldásoknak. FlexRay interface is lehetséges.

6.54. ábra - Bosch ABS9 hidraulikaegység különböző változatai

Az Ate MK 20 típusú blokkolásgátlókat extrudált alumínium profikból 1995 –től kezdték gyártani. 1997 –ben készült el az MK 20 E változat. Ezek kompakt, moduláris felépítésű, hibrid elektronikás, zárt ABS rendszerek. Megvalósították az elektronikus fékerő felosztást (EBV), a motor fékezőnyomaték szabályozást (MSR). Melynél már CAN kommunikációval adott parancsot a motor elektronikának a nyomaték csökkentésére. A korábbi változatokhoz képest könnyebbé vált ez a kivitel.

6.55. ábra - A Continental Teves MK20 hidraulika egység a motortérbe szerelve

1994-1999 között az elektronika biztonsági koncepciója az aszimmetrikus redundancia lett. Ennek megfelelően egy 16 bites fő-, és egy 8 bites segédprocesszort kötöttek párhuzamosan. Így kiszűrhetővé vált az esetleges azonos gyártási hibából adódó egyformán helytelen eredmény is. A két különböző processzor ugyanis más technológiával és más gépen készül. A 8 bites segédprocesszor végzi a kerékfordulatszám érzékelők jeleinek előkészítését. A korábbi mechanikus reléket az elektronika alaplapjára szerelt kapcsoló tranzisztorok váltották fel. Az MK 20 ABS –t a Fiat Brava és Bravo modellekbe, valamint a VW Golf, Beetl, Skoda, Audi TT típusokba építették be. Ennél a típusnál már belső és külső CAN hálózattal működő hibrid áramkörös elektronikát alkalmaztak. A szelepek mechanikus részét a hidraulikaegységbe sajtolták, a működtető elektromágnesek tekercseit pedig közvetlenül az elektronika alaplapjára szerelték.

Az Audi TT-be kezdetben MK 20-as ABS-t és utána ESP rendszert szerelnek. Ezeknél széria tartozék a kipörgés gátló (ASR), az elektronikus fékerő felosztás (EBV), és a differenciális fékezéssel megvalósuló (EDS) működés.

6.56. ábra - A Continental Teves újabb ABS rendszerei

Ate MK 20 GI ABS már a gépkocsi kereszt irányú dinamikájának befolyásolására is képes. Fékezéskor a kerék fordulatszám érzékelők jeleiből az elektronika felismeri, ha nem elegendő az oldalvezető erő, és a gépkocsi a kanyar kiegyenesítésére törekszik. Csökkenti az első kerekek fékező nyomását, így nő az oldalvezető erő. A gépkocsi követi a kormánymozdulatot. Amikor pedig a hátsó kerekek csúszása miatt azoknál csökken az oldalvezető erő és a gépkocsi túlkormányozottá kezd válni, az elektronika a kanyarbelső kerekeknél csökkenti a fékező nyomását.

6.57. ábra - Az MK60 elektronika „kern redundanciát” valósít meg

Ate MK 60 ABS változatot 2000 től gyártják. Ennél a típusnál új szelep konstrukciót alkalmaznak és új a fékfolyadék szivattyút hajtó motor is. Két magos mikroprocesszort alkalmaznak. Aktív kerékfordulatszám érzékelők adják a bemeneti jeletet. További súlycsökkentés történt és kisebb lett az ABS egység helyigénye is. Az elektronika jellemzői: nagy integráció, ezért kevés az áramköri elem. FLASH tárolóval látják el. Nagy teljesítményű 32 bites mikroprocesszort alkalmaznak, a félvezetős reléket az alaplapon helyezik el. A programozási nyelv C, így a szoftver újra felhasználható. 2000 –től már az úgynevezett „kern redundanciát” alkalmazzák. Az MK 60 –as blokkolásgátló elektronikák már Budapesten készülnek. Kezdetben a Temic vállalatnál, melyet aztán megvásárolt a Continental Teves. A BMW is a Continental Teves elektronikus fékrendszereit alkalmazza.

6.58. ábra - A hidraulika egység

6.59. ábra - Az elektronika az elektromágneses szelepek tekercseivel.

A BMW alapfelszereltségéhez tartozik az ASC rendszer (Automatischen Stabilitäts Control). Azt a változatot, mely a fékezési beavatkozásokon kívül, a motor működését is befolyásolni tudja, DSC (Dinamischen Stabilitäts Control) rendszernek nevezik.

A BMW 1991–től kezdte alkalmazni a DSC1 menetdinamikai szabályozó rendszert, melynek része az ABS szabályozás is. A DSC egyrészt a vezető kívánsága szerint, másrészt pedig a pillanatnyi menetdinamikai állapotnak megfelelően avatkozik be. Menet közben folyamatosan menetbiztonsági ellenőrzést végez.

A 2004–től a BMW X3 és X5 a modellsorozatnál azt a gyors működésű, továbbfejlesztett ABS rendszert alkalmazzák, mely már képes a gépkocsi hossz- irányú dinamikáján kívül, egy kombinált hossz- és kereszt irányú dinamika befolyásolására is.

A DSC2, vagyis a második generációs változat már az ABS beavatkozási küszöbérték alatt is, a pillanatnyi menetállapotnak megfelelően oldalanként különböző nagyságú fékerőket is ki tud vezérelni. Ez az úgynevezett CBC (Cornering Brake Control) működésmód.

6.60. ábra - A BMW-nél alkalmazott elektronikus menetdinamikai szabályozó rendszerek

Az EMB (Elektronischen Bremsen Management) rendszer, melynek első sorozatbeépítése 2001 –ben volt a 7 -es BMW –be, már a fékezéssel kapcsolatos asszisztens működések megvalósítására is képes. Továbbá a futómű rendszerekkel is az eddiginél is több kapcsolata van. Ezek az eddig ismertetett elektronikus működésmódok az (ECM) Elektronische Chassies Management rendszerben öltenek testet.

Az egyre több, a fékrendszerrel kapcsolatos szabályozások és a vezetőt támogató asszisztens rendszerek és az EBM miatt egy koordinációs platformot valósítottak meg, mely a gépkocsi hossz- és kereszt irányú menetdinamikáját továbbá az asszisztens rendszereket felügyeli. Meghatározták az egyes beavatkozási lehetőségek határait is azért, hogy ne következhessenek be áttekinthetetlenné váló interferenciák az egyes beavatkozások között. Definiálták az egyes szabályozó rendszerektől független koordinátori feladatot. Így nem fordulhat elő, hogy az elméletileg lehetséges teljesítménypotenciált csak korlátozott mértékben lehessen kihasználni.

6.61. ábra - A BMW X3 és X5 típusoknál az elektronikus fék menedzsment működteti az összkerékhajtást

Ez a megoldás nem korlátozza az egyes rendszerek működését. A rendszer felügyelet és a redundancia vonatkozásában nincsenek különleges elvárások. Ennél egy koordinátor határoz az egyes beavatkozások menetdinamikai ésszerűségéről. Ha a koordinátor meghibásodik definiálni kell egy visszakapcsolási szintet. Ha egy menetdinamikai beavatkozó egység hibásodik meg, a továbbra is működőképes rendszerek kell megvalósítani a menetdinamikailag veszélytelen állapotot.

Menetdinamikai doménok lehetnek például,

A teljes rendszerhez tartozó beavatkozókat a fő feladatuk alapján rendelik az egyes doménokhoz. Ugyanazt a beavatkozó egységet több domén is működtetheti. Például a függőleges dinamikai rendszerben egyenes menetben érkezhet parancs a stabilizátor szétkapcsolására, vagy éppen a billenés kiegyenlítésre is.

A kereszt irányú dinamikai beavatkozásnál ugyanaz az eredmény érhető el például az első kerekek aktív elkormányzásával az AFS rendszer (Aktíve Front Steering) segítségével és az aktív hátsókerék kormányzással AHK (Aktíve Hinterachs Kinematik) is.

Hasonló a helyzet az asszisztens rendszerek beavatkozásainál is. A követési távolságot szabályozó tempomattal, vagy más néven az ACC rendszerrel ugyanaz az eredmény érhető el, mint az aktív elektromechanikus rögzítő fékkel EMF (Elektro-mechanische Feststellbremse). A előbbiekben példaként említett rendszerek mindegyike hosszdinamikai beavatkozást végez, de mégis különböző doménekhez tartoznak. Belátható tehát, hogy a domén architektúrán belül elengedhetetlen egy koordinátori feladat elvégzése. Erre a célra vagy egy újabb elektronikát kell beépíteni, vagy valamelyik domént ennek a feladatnak megfelelően kialakítani.

A rendszer megítélésének fontos kritériumai

6.62. ábra - A Koordinátor alá rendelt domének