Semestrální práce - Prostředky automatického řízení

VŠB-TU OSTRAVA
2005/2006
Prostředky automatického řízení
Semestrální úloha
Jiří Gürtler
SN 171
Zadání:
1.
2.
3.
4.
Co to je systém ABS a jak pracuje
Vznik systému ABS
Účinnost ABS
Údržba ABS
Schéma Systému ABS
Snímač
na kole
Brzda
na kole
Hydraulický
agregát
Snímač
na kole
Brzda
na kole
Brzda
na kole
Snímač
na kole
Brzda
na kole
Snímač
na kole
Elektronická
řídící
jednotka
Brzdový
pedál
Obrázek 1 – Schéma systému ABS
Antiblokovací brzdný systém (obyčejně známý jako ABS, od německého jména
"Antiblockiersystem " vynalezený firmou Bosch) je systém na motorových vozidlech který
zabraňuje kolům zablokovat se při brždění. Tento efekt má dvojí účel: pomoci udržet řidiči
kontrolu nad vozem a zkrátit brzdnou dráhu (tím, že dovolí řidiči sešlápnout brzdný pedál bez
strachu pro prokluzování nebo ztráty kontroly nad vozem. Systém sám neobsahuje žádnou
zázračnou technologii na zlepšení přilnavosti pneumatik.
Historie
Německá firma Bosch vyvinula antiblokovací brzdnou technologii ve třicátých letech
minulého století ale první automobily s elektronickým brzdícím systémem ABS firmy Bosch
se objevily až v roce 1978. Nejprve se tento systém objevil v kamionech a německých
limuzínách od firmy Mercedes-Benz. Později byl systém ABS upraven tak, aby se dal použít i
na motocyklech.
Antiblokovací brzdný systém byl nejprve vyvinut pro letadla. Dřívějším systémem byl
Maxaret firmy Dunlop představen v padesátých letech minulého století a stále se ještě používá
na některých modelech letadel. Tento systém byl plně mechanický. V šedesátých letech byl
namontován na závodní automobil Fergusson P99 , Jensen FF a experimentální Ford Zodiac s
pohonem všech kol, ale nebylo možné ho v budoucnu dále používat. Systém se ukázal jako
příliš drahý a v použití pro automobily poněkud nespolehlivý. První auto ( na celém světě )
které mělo ABS jako první v standardní výbavě byl Ford Granada Mk 3 z roku 1985.
Operace
Antiblokovací brzdný systém je znám také jako CAB ( Controller Anti-lock Brake ).
Typické ABS je složeno z centrální elektronické jednotky, čtyř rychlostních senzorů ( jeden
pro každé kolo ), a dvou nebo více hydraulických ventilů na obvodě brzdy. Elektronická
jednotka stále sleduje rychlost otáčení každého kola. Když se nějaké kola otáčejí značně
pomaleji než ostatní, pohne ventily tak, aby snížil tlak v brzdícím obvodě a účinně redukoval
brzdnou sílu na těchto kolech, toto způsobí charakteristický pulsující pocit přes pedál brzdy.
Senzory mohou být kontaminované kovovým prachem a selžou při odhalení prokluzování
kol. Toto není vždy způsobeno interní ABS kontrolérovou diagnostikou.
Účinnost
Na vysoce trakčních površích jako je asfalt, mokrý nebo suchý, většina aut vybavených ABS
jsou schopné dosáhnout lepších brzdných vzdáleností ( kratších ) než ty auta co ABS nemají.
Ostražitý a zkušený řidič by měl být schopný se bez ABS přiblížit schopnostem běžného
řidiče s vozidlem vybaveným ABS. Nicméně pro většinu řidičů, ve většině podmínkách a v
typických stavech ostražitosti ABS sníží možnost ztráty kontroly nad vozem a tím zmenší
pravděpodobnost dopravní nehody. ABS je technika doporučovaná především nezkušeným
řidičům, kdy řidič typicky při nehodě sešlápne brzdící pedál co nejvíc a stočí auto kolem
překážky tak a by se ji vyhnul. V takových situacích se ABS bude významně podílet na
možnosti nedostat se do smyku s následující ztrátou kontroly vozidla.
Ve štěrku a sněhu, ABS se stará o snížení brzdné dráhy. Na těchto površích, zastaví
zablokovaná kola vozidlo mnohem rychleji. Některé kalibrace ABS zmenší tento problém
tím, že zpomalují cyklující čas, tak že nechají kola opakovaně zablokovat a povolit ( až 16krát
za s ) . Primární výhoda ABS na takových površích je že zvýší schopnost řidiče udržet
kontrolu nad vozem před smykem - ačkoli ztráta kontroly zůstane více pravděpodobná na
měkkých površích jako je štěrk nebo kluzké povrchy jako sníh nebo led. Na velmi kluzkém
povrchu jako led se štěrkem je možné že budou zablokována různá kola najednou, a tento
problém může odstranit ABS, který se spoléhá na odhalení prokluzujícího kola.
Pro názornou ukázku bylo potřeba ABS otestovat a proto byly připraveny 2 stejné automobily
u nichž byl do jednoho namontován systém ABS a do druhého ne, test byl proveden na třech
různých površích měřením vzdálenosti brždění dokud auto nezastavilo z 80 km/h.
Povrch
suchý asfalt
sníh
led
bez ABS
45 m
53 m
255 m
ABS
32 m
64 m
404 m
Maximální brzdící účinek byl dosažen s koly na povrchu s největším třením, zatímco ABS
pracuje tím, že uvolňuje brzdy, zručný řidič by měl být schopný překonat brzdící výkon ABS.
Nicméně málo řidičů má dovednost a praxi zvládnout to správně nebo instinktivně, a
obyčejná reakce na nouzovou situaci je že zpočátku řidič nebrzdí a začne brzdit až po chvíli a
to je situace ve kterém ABS ( a s brzdnou pomocí ) bude pracovat dobře.
Když je ABS aktivní tak způsobí že brzdný pedál pulzuje. Většina řidičů kteří zřídka nebo
nikdy nebrzdí dost tvrdě a velmi často se neobtěžují číst manuál auta a když se řidič přece jen
setká se situací, která ho přiměje aby brzdil tvrdě a tak se setká s tímto pulsováním poprvé a
mnoho z nich věří že je lepší snížit tlak na pedál a tak prodlouží brzdnou dráhu a přispějí k
vyšší úrovni nehod než auta nouzově zastavující se schopnosti ABS. Někteří výrobci proto
realizovali "brake assist " systém, který rozhoduje zda se řidič pokusil zabránit srážce
zastavením a udržováním brzdné síly v této situaci. Proto ABS významně zlepší bezpečí a
ovládání pro řidiče na silničních v situacích když to vědí a neuvolní brzdy když cítí jak ABS
pulzuje.
Je důležité poznamenat, že těžší vozidlo bude více těžit z toho že má ABS. To je zvláště
pravdivé pro vozidla s méně důmyslnými hydraulickými brzdícími systémy kde jemná
kontrola není tak snadná jako s více rozvinutými brzdícími systémy. Naopak, lehčí vozidla,
obzvláště sportovní vozy s vysoce rozvinutými brzdícími systémy bez ABS mohou mít brzdy
srovnatelné s vozidly které ABS mají.
Kontrola trakce
ABS může být také použité pro realizování trakční kontroly zrychlení vozidla. Jestliže, když
se zrychluje, pneumatika ztrácí tah se zemí, ABS systém může detekovat tuto situaci situaci a
použít brzdy aby zredukoval zrychlení a získal správnou trakci. Výrobci toto často nabízejí
jako oddělenou oceněnou možnost i když infrastruktura je velmi podobná s ABS.
Důmyslnější verze mohou také řídit plynový pedál a brzdy současně, což je vlastně
"Electronic Stability Program" ( ESP ) firmy Bosch.
Údržba systému
Při kontrole systému ABS je nutné zkontrolovat zda kontrolka na přístrojové desce označující
systém ABS po otečení klíče v zapalování se na okamžik rozsvítí a hned zhasne. Pokud
kontrolka svítí nebo bliká indikuje to poruchu ABS. Poté je nelepším řešením odvézt auto do
nejbližšího servisu ve kterém profesionální technici auto prohlédnou, zjistí a odstraní
problém. Váš vlastní manuál obsahuje specifické údaje o nastavení vašeho ABS, které nesmí
být přehlédnuty. Všechna nastavení a opravy je nejlépe přenechat specializovaným
technikům. Špatné nastavení může způsobit extrémně vysoké tlaky které mohou být
nebezpečné. Proto by se vlastník automobilu nikdy neměl pouštět do oprav, pokud není
vyškolen pro opravování tohoto brzdového systému, a měl by auto odvézt do servisu.
Obrázek 2 – Schéma zapojení systému ABS
Schéma měřícího řetězce:
Snímač
otáček
Převodník
U/I
Převodník
I/U
Převodník
I/U
Převodník
U/I
Regulátor
Elektronická
řídící
jednotka
Hydraulický
Agregát
Chyby měřícího řetězce:
•
•
•
•
•
•
•
Snímač otáček : 0,2 %
Převodník U/I : 0,3 - 0,5 %
Převodník I/U : 0,1 - 0,5 %
Elektronická řídící jednotka : 0,3 %
Převodník U/I : 0,3 - 0,5 %
Převodník I/U : 0,1 - 0,5 %
Hydraulický agregát : 0,2 %
Výpočet chyb měřícího řetězce:
Optimistická chyba:
( )=
δ rv = ∑ S r
2
S1 + S 2 + S 3 + S 4 + S 5 + S 6 + S 7
2
2
2
2
2
2
2
δ rv = 0,2 2 + 0,3 2 + 0,12 + 0,3 2 + 0,3 2 + 0,12 + 0,2 2 = 0,61%
Pesimistická chyba:
( )=
δ rv = ∑ S r
2
S1 + S 2 + S 3 + S 4 + S 5 + S 6 + S 7
2
2
2
2
2
2
2
δ rv = 0,2 2 + 0,5 2 + 0,5 2 + 0,3 2 + 0,5 2 + 0,5 2 + 0,2 2 = 1,08%
Závěr:
V práci je popsán systém ABS což je antiblokovací brzdící systém který pracuje tak že
neustále měří otáčky jednotlivých kol a reguluje hydraulický tlak brzdících čelistí tak aby
bylo auto při brždění lépe ovladatelné. ABS je zvláště vhodný pro vlhké silnice, ale o tom jak
bude brždění účinné také rozhodují schopnosti řidiče. Při poruchách ABS není doporučeno
systém opravovat pokud k tomu nejsme vyškoleni proto a je nejlepší odvézt auto do servisu
kde profesionální technici zjistí závadu a opraví. Podle měřícího řetězce jsem určil
optimistickou chybu ( 0,61 % ) a pesimistickou chybu ( 1.08 % ).