Antiblokkeerremsysteem

Achtergrond

Veilig stoppen is een van de belangrijkste functies die een motorvoertuig kan vervullen. Een defect aan het remsysteem leidt vrijwel altijd tot materiële schade, persoonlijk letsel of zelfs de dood. Daarom is er de afgelopen negen decennia veel aandacht besteed aan het verbeteren van het remsysteem in vrachtwagens en personenauto's. Een van de laatste verbeteringen is een antiblokkeersysteem dat, zoals de naam al doet vermoeden, voorkomt dat de remmen van een voertuig blokkeren en slippen tijdens harde stops op natte of ijzige wegen.

Het probleem van slippen onthult de enige overweldigende zwakte van alle remsystemen van motorvoertuigen:ze zijn sterk afhankelijk van de statische wrijvingscoëfficiënt tussen de band en de weg. Als de band om welke reden dan ook tijdelijk zijn grip op de weg verliest terwijl de remmen worden gebruikt, zorgt de wrijving van de remmen tegen de trommels of rotors ervoor dat het wiel stevig wordt vergrendeld en begint de band over de weg te slippen. In deze toestand is de remkracht van dat wiel afhankelijk van de glijdende wrijving tussen de band en de weg, die veel minder is dan de statische wrijving. Onder natte of ijzige omstandigheden wordt de glijdende wrijving nog verder verminderd, wat resulteert in aanzienlijk langere remafstanden. Bovendien kunnen de voorwielen, wanneer deze zich in deze toestand bevinden, niet worden gebruikt om het voertuig te besturen; ongeacht de hoek van de voorwielen, blijft het voertuig slippen in welke richting het momentum het ook stuurt, totdat de bestuurder de remmen loslaat of het voertuig botst met iets dat stevig genoeg is om het tot stilstand te brengen.

Generaties bestuurders hebben geleerd om met deze toestand om te gaan door tijdens een slip snel te remmen en los te laten of te pompen. Deze training ging echter vaak verloren tijdens panieksituaties. Bovendien kon zelfs de rustigste en best getrainde coureur niet sneller dan twee of drie keer per seconde op de rem trappen, wat de effectiviteit van de techniek beperkte.

Een betere manier om slippen tijdens het remmen aan te pakken, werd al tientallen jaren in vliegtuigen gebruikt voordat het in grondvoertuigen werd geïntroduceerd. Vliegtuigen waren onderhevig aan dezelfde lage tractie als auto's en vrachtwagens, en een slippend vliegtuig - dat al slechts marginaal bestuurbaar was - was echt een gevaar voor de inzittenden en de mensen eromheen. Om dit probleem tegen te gaan, waren veel vliegtuigen uitgerust met antiblokkeerremsystemen, ook wel bekend als ABS, die voorkomen dat de remwielen blokkeren en slippen op gladde landingsbanen.

In het begin werd dit bereikt door ingewikkelde en dure hydraulische bedieningselementen die de remmen snel in- en uitschakelden, waardoor het vliegtuig onder gladde omstandigheden kon worden bestuurd terwijl er toch een grote mate van remvermogen mogelijk was. Later maakten elektronische bedieningselementen een antiblokkeeractie mogelijk die beter reageerde op de werkelijke grondomstandigheden.

Naarmate de elektronische en hydraulische delen van vliegtuig-ABS kleiner en goedkoper werden, begonnen vrachtwagen- en autofabrikanten belangstelling te tonen. Aanvankelijk werden antiblokkeerremsystemen alleen ontwikkeld voor zware vrachtwagens. Grote semi-vrachtwagens (vrachtwagen-trekker-opleggercombinaties met een gewicht tot 80.000 pond (36.364 kg)) waren bijzonder gevaarlijk voor het verkeer om hen heen wanneer ze slipten, omdat ze niet alleen buiten de controle van de bestuurder raakten, maar ook gelede of scharen, en vaak omgevallen. Tegenwoordig zijn antiblokkeerremsystemen standaard op veel auto's en vrachtwagens.

Ongeacht de fabrikant of het type voertuig werken alle antiblokkeerremsystemen op een vergelijkbare manier. Op elk te besturen wiel zijn wielsnelheidssensoren geplaatst. Elke snelheidssensor heeft meestal een tandwiel, zoals een tandwiel, dat met dezelfde snelheid draait als het wiel of de as van het voertuig. Dicht bij dit tandwiel is gemonteerd, maar niet in contact met dit tandwiel, is een permanente magneet omwikkeld met een draadspoel, de opneemspoel genoemd (zie afbeelding). Terwijl elke tand voorbij de permanente magneet draait, zorgt dit ervoor dat het magnetische veld zich concentreert en iets toeneemt. Dit induceert op zijn beurt een kleine stroompuls in de draadspoel. Het aantal pulsen per seconde is recht evenredig met de snelheid van het wiel. Hoe sneller het wiel draait, hoe sneller de tanden de magneet passeren en hoe hoger de hartslag.

De gepulseerde output van de wielsnelheidssensoren gaat naar een elektronische controller, die de snelheid van elk wiel controleert ten opzichte van de snelheid van de andere wielen. Zolang niet wordt geremd en alle gecontroleerde wielen met ongeveer dezelfde snelheid draaien, onderneemt het systeem geen actie. Als echter wordt geremd en een of meer van de gecontroleerde wielen plotseling sneller snelheid beginnen te verminderen dan de andere - wat duidt op verlies van tractie met de weg en een dreigende wielblokkering en slippen - wordt de controller geactiveerd het antiblokkeersysteem.

Het antiblokkeerremsysteem van elk voertuig is gewoon een extra bewakings- en controlefunctie bovenop het bestaande voertuigremsysteem. ABS is geen tweede remsysteem en vervangt ook niet het remsysteem van het voertuig. Wanneer alle vier de wielen van een auto worden gecontroleerd en geregeld, wordt het systeem een ​​vierkanaals ABS genoemd. Als de twee voorwielen plus de achteras (maar niet elk achterwiel afzonderlijk) moeten worden bediend, wordt het systeem een ​​driekanaals ABS genoemd. Op zware vrachtwagens met twee achteraandrijfassen is het ABS gewoonlijk een vierkanaalssysteem dat de voorwielen en twee van de vier achterwielen aanstuurt. Aanhangwagens die door zware vrachtwagentrekkers worden getrokken, kunnen ook hun eigen afzonderlijke ABS hebben dat moet worden verbonden met het ABS op de tractor.

In een auto worden de remmen bediend door hydraulische druk. De ABS-controller bedient magneetventielen die zijn ingebouwd in de hogedrukzijde van de hoofdremcilinder. Deze kleppen zijn normaal open en interfereren niet met remmen. Wanneer de controller merkt dat een wiel blokkeert tijdens het remmen, activeert hij eerst een solenoïde om een ​​klep in de remleiding van het betreffende wiel te sluiten, waardoor de druk niet verder toeneemt. Als het vergrendelde wiel snelheid blijft verliezen, activeert de controller een tweede solenoïde die de druk van de betrokken remleiding laat ontsnappen, waardoor de rem voor dat wiel in feite wordt losgelaten, ongeacht of de bestuurder nog steeds op het rempedaal drukt. Zodra het wiel weer grip krijgt en de snelheid toeneemt, worden de elektromagneten gedeactiveerd en wordt het normale remmen hervat. Natuurlijk, als de omstandigheden zodanig zijn dat het wiel weer begint te slippen, begint de rem onmiddellijk te blokkeren en neemt het ABS het over. Deze cyclus wordt 12 tot 15 keer per seconde herhaald totdat de toestand van de weg verandert of de bestuurder de remmen loslaat. De bestuurder zal dit snelle fietsen kunnen detecteren als een trilling die door het rempedaal wordt gevoeld, maar hoeft geen actie te ondernemen. Het ABS minimaliseert de slip en stelt de bestuurder in staat om de controle over het voertuig te behouden.

De remmen van een zware vrachtwagen worden bediend door luchtdruk in plaats van hydraulische druk. Het antiblokkeerremsysteem op een vrachtwagen werkt op dezelfde manier als het ABS op een auto, behalve dat de antiblokkeerluchtdrukregelkleppen zich op de framerail van het voertuig bevinden, nabij elk wiel.

Ontwerp

Een antiblokkeersysteem is ontworpen voor een specifieke voertuigtoepassing. Een vrachtwagen die geen aanhanger trekt, zoals een cementmixer, zou een iets ander ABS hebben dan een vrachtwagentrekker die een of meer aanhangers trekt. Evenzo zou een antiblokkeersysteem voor een aanhangwagen een ander ontwerp hebben.

ABS voor auto's kan zelfs nog specifieker zijn en voor een bepaald type zijn ontworpen Ongeacht de fabrikant of het type voertuig werken alle antiblokkeerremsystemen op een vergelijkbare manier. Op elk te besturen wiel zijn wielsnelheidssensoren geplaatst. Elke snelheidssensor heeft meestal een tandwiel dat met dezelfde snelheid draait als het wiel of de as van het voertuig. Als de remmen worden gebruikt en een of meer van de gecontroleerde wielen begint plotseling sneller snelheid te verminderen dan de andere, activeert de controller het antiblokkeersysteem. merknaam en model auto. Aangezien ABS-componenten moeten passen en functioneren met bestaande voertuigcomponenten op elk model, wordt het ontwerp- en fabricageproces van een nieuw antiblokkeerremsysteem uitgevoerd in samenwerking tussen de autofabrikant en de ABS-leverancier.

Grondstoffen

Het tandwiel of tandwiel in de snelheidssensor is gemaakt van zacht ijzer, meestal gegoten. IJzer wordt gekozen vanwege zijn hoge magnetische permeabiliteit en lage magnetische weerstand. Magnetische reluctantie is ongeveer gelijk aan elektrische weerstand, en soms wordt het tandwiel de reluctor genoemd. De functie van het tandwiel is om het veld van de permanente magneet gemakkelijk door elke tand te laten gaan om een ​​tijdelijke concentratie van veldsterkte te veroorzaken die een stroom in de opneemspoel induceert. De opneemspoel heeft een permanente magneet in de kern, omwikkeld met een spoel van koperdraad.

De controller maakt meestal gebruik van transistors die bekend staan ​​​​als hot-side-drivers die de voedingszijde van het circuit regelen in plaats van de grondzijde. Deze transistoren produceren meer warmte dan gebruikelijk is in een elektronische schakeling. In plaats van in een plastic of gestempelde stalen behuizing te worden geplaatst, zijn ze bevestigd aan een gegoten aluminium behuizing met een koellichaam met vinnen om de warmte af te voeren.

De hydraulische remdrukmagneten die in auto's worden gebruikt, hebben een standaardconstructie van koperen spoelelementen met stalen kleppen en carrosserieën. Ze zijn ondergebracht in dezelfde behuizing als de hoofdremcilinder van het remsysteem, die meestal van aluminium is gegoten.

De elektrische bedrading is van koper, vaak met vernet polyethyleen isolatie. Om radiofrequentie-interferentie (RFI), waarbij radiosignalen met hoog vermogen via de bedrading kunnen worden ontvangen en waardoor het systeem wordt geactiveerd, te voorkomen, is alle bedrading afgeschermd of worden de draden als getwiste paren geleid om de effecten van radiogolven te neutraliseren . Connectoren zijn van plastic met interne koperen contacten.

Het fabricageproces

Het fabricageproces voor antiblokkeerremsystemen bestaat uit het vervaardigen van de onderdelen en het vervolgens installeren van die onderdelen op het voertuig. De onderdelen worden in één fabriek gebouwd, vervolgens verpakt en naar een voertuigassemblagefabriek verzonden voor installatie. Dit is een typisch proces voor een auto-antiblokkeersysteem.

De hoofdremcilinder maken

• 1 De hoofdcilinder, inclusief de basis voor het solenoïdelichaam, is als één geheel gegoten. De zitting- en afdichtingsoppervlakken zijn glad machinaal bewerkt en de verbindingspoorten zijn voorzien van schroefdraad.
• 2 De afzonderlijke primaire en secundaire zuigers, magneetspoelen, reservoirdoppen en afdichtingen, drukaccumulator en eventuele doseer- en doseerkleppen zijn geïnstalleerd. Het solenoïdelichaam heeft een deksel dat met vier of meer schroeven aan de hoofdcilinder wordt bevestigd en is afgedicht met een pakking.

De wielsnelheidssensoren maken

• 3 Het tandwiel is van ijzer gegoten. Kleine bewerkingen kunnen nodig zijn op de bevestigingspunten.
• 4 De opneemspoelen worden rond de permanente magneetkern gewikkeld in een machine die een spoelwinder wordt genoemd. Het hele samenstel is ingekapseld of ingegoten in kunststofhars met een elektrische connector eraan bevestigd.

De controller maken

• 5 De componenten van de elektronische controller zijn gesoldeerd op een printplaat.
• 6 Het bord is verbonden in een beschermende behuizing en gemonteerd op de basis van het gegoten aluminium koellichaam. Er zijn externe elektrische aansluitingen voorzien voor de ingangsbedrading van elke snelheidssensor en de uitgangsbedrading naar de solenoïdes in de hoofdremcilinder.

Het ABS installeren

• 7 In de auto-assemblagefabriek worden de remleidingen van stalen buizen geïnstalleerd in het frame van de carrosserie. Ze lopen van de scheidingswand tussen de motorruimte en de inzittendenruimte, de firewall genoemd, naar de nabijheid van elk wiel. De elektrische draden voor het ABS lopen ook van de nabijheid van elk wiel naar de locatie van de controller en van de controller naar de firewall.
• 8 De hoofdremcilinder is vastgeschroefd aan de firewall in de motorruimte bij het rempedaal. De remleidingen zijn bevestigd aan de juiste poorten op het solenoïdelichaam en de elektrische draden zijn aangesloten.
• 9 De getande sensorwielen worden op de buitenste constante-snelheidsverbindingen of de uiteinden van de asassen gedrukt, zodat ze net binnen de wielen rijden. Zodra de assen aan het frame zijn bevestigd, worden de remleidingen bevestigd en worden de pick-upspoelen zodanig geïnstalleerd dat het uiteinde van de spoelen zich dicht bij de tandwielen bevinden. De opneemspoelen worden dan elektrisch verbonden met de draden naar de controller.
• 10 De controller wordt ofwel onder het instrumentenpaneel ofwel in de kofferbak van het voertuig geïnstalleerd. De elektrische aansluitingen worden gemaakt, inclusief de stroomaansluiting van de voertuigaccu via de zekeringkast.

Kwaliteitscontrole

Het idee dat een elektronisch systeem de werking van de remmen van een voertuig kan overnemen, is voor sommige mensen verontrustend. Daarom wordt de werking van het systeem vooraf grondig getest en wordt de kwaliteit van de installatie voortdurend beoordeeld.

Bovendien zijn alle antiblokkeerremsystemen faalveilig ontworpen, dat wil zeggen dat elke storing van een onderdeel ertoe leidt dat het systeem zodanig uitvalt dat de algehele veilige werking van de remmen nog steeds mogelijk is.

De Toekomst

De kans is groot dat de federale overheid in de nabije toekomst het gebruik van antiblokkeerremmen op bepaalde voertuigen zal verplichten. ABS is al enkele jaren in gebruik en er zijn steeds meer bewijzen voor de voordelen ervan, met name het vermogen om de remafstanden van voertuigen te verbeteren en de voertuigrichting onder extreem gladde wegomstandigheden te behouden.

Deze bevindingen zijn echter niet onomstreden. De aanvankelijke beweringen over de voordelen van ABS waren aanzienlijk overdreven, en veel automobilisten hebben geconstateerd dat ABS hen in hun specifieke situatie weinig of geen voordeel biedt. In dit opzicht lijkt de controverse een beetje op die rond veiligheidsgordels.

Er zijn aanvullende systemen ontwikkeld die de voordelen van het basis-ABS versterken. Een van deze systemen is automatische tractiecontrole, ATC genaamd. ATC gebruikt dezelfde componenten als ABS, maar werkt aan de andere kant van het snelheidsspectrum:een voertuig starten onder gladde omstandigheden. Tijdens bedrijf detecteert het de snelheid van elk wiel om te detecteren wanneer een of meer wielen "losraken" en beginnen te draaien. Wanneer dat gebeurt, remt het 12 tot 15 keer per seconde op dat wiel om het te laten vertragen en grip te krijgen. Bij demonstraties werden voertuigen vastgehouden door blokken op een met ijs bedekte helling. Wanneer de voertuigen starten en de blokken worden weggetrokken, laat het voertuig zonder ATC zijn wielen draaien en glijdt langzaam achteruit de helling af, terwijl het met ATC uitgeruste voertuig zijn weg omhoog het ijs op trekt.

Verwacht wordt dat ABS, samen met andere nieuwe voertuigproducten, in populariteit zal blijven toenemen naarmate de prijs daalt en de voordelen duidelijker worden.