A blokkolásgátló fékrendszer (ABS - Anti-lock Braking System) olyan aktív biztonsági eszköz, amely megvédi, illetve megakadályozza az autó megcsúszását erőteljes fékezés esetén, továbbá segít a fékezendő gépjármű egyenesen tartásában. Az ABS az egyik legfontosabb biztonsági rendszer az autókban, amely a balesetek elkerülése érdekében segít fenntartani az irányíthatóságot fékezés közben. Napjainkban már alapvető felszereltsége a modern autóknak, de fejlődése hosszú utat járt be.
Az ABS Rendszer Története és Fejlődése
Évtizedeken át több gyár próbálkozott a kerekek állóra fékezését megakadályozó mechanikus szerkezetekkel, inkább kevesebb, mint több sikerrel. Működőképes elektronikus vezérlésű blokkolásgátlót először 1964-ben építettek be kísérleti Mercedesekbe. Azonban a rengeteg elektromos építőelemből álló készülék még nem volt elég strapabíró és megbízható az autóba történő szériaszerű beépítéshez.
Végül a Bosch oldotta meg a feladatot, és elsőként 1978-ban lehetett ABS-t rendelni a W116-os Mercedes S osztályba. A Bosch ABS 1 és sajtóbemutatója 1970-ben volt. A több mint 2000 áramköri elemből összeállított analóg működésű elektronika megbízhatósága még nem volt megfelelő, így ez a rendszer nem volt alkalmas a sorozatgyártásra, de bebizonyította a blokkolásgátló előnyeit és rendkívül pozitív hatását a közlekedésbiztonságra.
1970-ben mutatták be az Amerikai Egyesült Államokban a mikroprocesszort, melynek gyártása hamarosan elkezdődött. Szélesebb körű elterjedése újabb lendületet adott a különböző elektronikák fejlesztésének, lehetővé téve az ABS rendszerek további finomítását és szélesebb körű elterjedését.
Az ABS Működési Elve
Az autó tapadása nagyban meghatározza annak gyorsulási és lassulási képességeit. Egy autó tapadása pedig akkor jó, ha kerekének futófelülete (az a rész, ami az úttal érintkezik) nem csúszkál az úthoz képest. Ebből következik, hogy a blokkolásig fékezett kerekekkel csúszó autó több időt - hosszabb fékutat - igényel a teljes megálláshoz, mint az, amelynek kerekeit valamilyen módon forgásban tartják lassulás közben.
A fékezés kezdetétől számított 120 - 130 ms-on belül blokkol a kerék, ha nem történik meg a megfelelő beavatkozás. Ha a kerékcsúszás egy bizonyos határértéknél nagyobb, a tapadási tényező átvált a csúszó súrlódásnak megfelelő kisebb értékre. Ezt a feladatot látja el a blokkolásgátló rendszer, megakadályozva a kerék blokkolását és elkerülve az intenzív helyi abroncskopást.
Az ABS rendszer alapvető feladata, hogy megakadályozza a kerekek blokkolását hirtelen fékezéskor, különösen csúszós vagy nedves útfelületen. Fontos megjegyezni, hogy a rendszer nem minden esetben csökkenti a fékutat; egyes esetekben hosszabb is lehet, például laza talajon.
Vészfékezés ABS-szel
A vészfékezést mindig hirtelen, rúgásszerű lábmozdulattal kell indítani. A fék lenyomásával egyidőben történjen meg a kuplung lenyomása is, ugyanis egy tárcsafék 3 tized másodperc alatt blokkolja a kereket, majd 5 tizeden belül leáll a motor. Motor nélkül pedig nincs szervokormány, fékrásegítés és ABS. A fékpedált erősen, folyamatosan kell nyomni. Ilyenkor a pedál ugrálhat, remeghet a lábunk alatt, illetve kattogó, kerregő hangot adhat, ami az ABS működését jelzi.
ABS tömb hibajelenségei
Az ABS Rendszer Fő Alkatrészei
Az ABS rendszer érzékelőből, szelepekből, visszatöltő pumpákból és egy számítógépből áll. Központi eleme a hidraulikus egység, amely felelős a fékfolyadék nyomásának előállításáért és szabályozásáért. A hidraulikus egység a vezérlőegységgel együttműködve folyamatosan elemzi a kerekek forgási sebességét.
Érzékelők
A szenzorok az autók kerekeinél, időnként a tengelyen vagy a differenciálműben helyezkednek el, és a kerekek sebességét mérik. Az ABS működés szempontjából nagyon fontos a kerékfordulatszámok pontos ismerete. Az érzékelő érintésmentesen méri mindegyik kerék fordulatszámát. Az elektronika részére a jel kiértékeléséhez egy teljes kerékfordulatnál kevesebb is elegendő. Az összetettebb szabályozásokhoz azonban pontosabb jelképzés szükséges.
A legtöbb ABS rendszerben alkalmazott érzékelő állandó mágnesből, lágyvasból készült póluscsapból és az azt körülvevő tekercsből áll. Az érzékelővel szemben a kerékagyra fogazott póluskereket szerelnek. A kerékagy forgása közben az egymást követő fogak és fogárkok az érzékelő állandó mágnes erőterének fluxusát a kerék kerületi sebességével arányosan váltakozóvá teszik. Emiatt a tekercsben a forgási sebességgel arányos frekvenciájú szinuszosan váltakozó feszültség indukálódik.
Hidraulikus Egység
A szelepek felelősek a féknyomás csökkentéséért, a hozzájuk kapcsolódó pumpák a csökkentett féknyomás visszatöltéséért. Ezek a szelepek a hidraulikus rendszer kulcselemei, amelyek nyitásával és zárásával szabályozzák a folyadék áramlását az egyes kerekekhez. A fékfolyadék a tartályokból indul, majd csöveken keresztül jut el a kerekekhez.
Amint a rendszer érzékeli, hogy egy kerék blokkolni kezd, azonnal csökkenti a fékfolyadék nyomását az adott keréknél. Miután a kerék ismét forogni kezd, a rendszer újra növeli a nyomást. Az ABS agya addig csökkenti a nyomást, míg újra gyorsulást nem érzékel, ekkor a visszatöltő pumpa lép működésbe, egészen addig, amíg a kerék lassulása túl nem lépi az autó lassulását. Ennek eredménye, hogy a kerekek lassulása nem lépi túl a kerekek tapadási határát, így nincs blokkolás, ráadásul a fék folyamatosan a maximális erőkifejtés közelében dolgozik.
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 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. A hidraulika egységre szerelik fel a felületre szerelt technológiával készülő működtető elektronikát.
ABS Rendszerek Típusai és Szabályozási Módok
Az ABS rendszerek különböző konfigurációkban és szabályozási elvekkel működhetnek.
Csatornakonfigurációk
- 1 vagy 2 csatornás, 2 kerékre ható: Ezt az elrendezést főleg teherautókon alkalmazzák. A hátsó kerekeken egy-egy érzékelő helyezkedik el, amik vagy egy közös szelephez (1 csatornás) vagy két külön szelephez (2 csatornás) csatlakoznak.
- 2 csatornás, 4 kerékre ható, kereszt elrendezésű: Az ilyen típusú ABS rendszerben minden kerékhez csatlakozik egy szenzor, amik két keresztben elhelyezett (bal első-jobb hátsó, jobb első-bal hátsó) szelephez csatlakoznak.
- 3 csatornás, 4 kerékre ható: Ez a leggyakoribb elrendezés a személyautóknál. Egy érzékelő jut minden kerékre, az első kerekeken külön-külön, míg a hátsókon egy közös csatornán elhelyezkedő szelep dolgozik.
Szabályozási Módok
Önállóan a különböző szabályozási elvek nem lennének elégségesek egy modern ABS működéséhez; azok kombinációjára van szükség.
- Küszöbérték alapú szabályozás: Ennél a szabályozási módnál az előre meghatározott fizikai állapotok bekövetkezésekor történnek a különböző beavatkozások. Ezt a módszert évtizedeken át alkalmazták az ABS szabályozásnál. Az elektronika a kerék kerületi lassulás, vagy a kerék csúszás küszöbérték átlépésekor működteti a nyomásszabályozó elektromágneses szelepeket. A küszöbérték elérését követően az úgynevezett „szűrési idő” alatt határozza meg az elektronika a beavatkozás szükségességét.
- Kerékcsúszás alapú szabályozás: Fékezéskor mindig kialakul egy bizonyos kerékcsúszás. Ezért kézenfekvő, ez alapján megvalósítani a szabályozást. 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.
- Referencia sebesség meghatározása: Mivel a gépkocsi sebességét nem ismerjük pontosan, 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.
- „Gép állapot” szabályozás: Ennél a 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, például az elektromágneses szelepek működtetését vagy a fékfolyadék szivattyú bekapcsolását.
- PID szabályozás: Az újabb ABS elektronikák már az úgynevezett PID szabályozást alkalmazzák, melynek az előnye az, hogy működése közben nem következnek be annyira drasztikus fékezőnyomás változások, mint a korábbi változatnál. Ez észlelhető fékezés közben a gépkocsi dinamikai viselkedésén is.
Az ABS -nek, mint elektronikus menetdinamikai szabályozó rendszernek az a feladata, hogy a kerekek blokkolását fékezés közben lehetőleg minden helyzetben, és minden körülmények között megakadályozza. Ez úgy lehetséges, hogy a kerékfékszerkezetben olyan nyomás modulációt valósít meg, ami az adott kereket a lehető leghosszabb ideig az optimális csúszás tartományban tartja. Ez az alapelv egyúttal biztosítja a kerék jó oldalvezetését is, ami az egész gépkocsi menetdinamikájára kedvező hatással van.
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.
ABS Működése Különböző Útfelületeken és Vezetési Helyzetekben
Az ABS rendszer működését az útviszonyok és a vezetési helyzetek befolyásolják, ezért különböző algoritmusokat alkalmaz a maximális biztonság és irányíthatóság érdekében.
Speciális Útfelületek
- Kockaköves út: Amint a kerék az egyik kőről a másikra lép át, egy pillanatra a levegőbe kerül, ahol állóra fékeződik. Ilyenkor az ABS teljesen elveszi a fékerőt, cserébe viszont amint a kerék ismét a kőhöz ér, nem fog blokkolni, így megmarad az irányíthatóság.
- Frissen esett hó: Ebben az esetben a blokkoló fékezés az első kerekek előtt egy hókupacot hoz létre, ami segíti az autó lassulását. Terepen, homokos, sóderos felületen, de laza friss hóban is a blokkoló kerék maga előtt a laza anyagból éket túr, ami alakzárásával csökkenti a fékutat.
- Alacsony tapadású útfelület: Az elektronika a kis tapadási tényezőjű útfelületet arról ismerhető fel, hogy hirtelen nagy lesz a kerékcsúszás. Ilyenkor a kerék mozgásállapotának stabilizáláshoz jelentős nyomáscsökkentés szükséges.
Terep Fokozat
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. Ebben az üzemmódban régebben folyamatosan villogott a műszerfalon elhelyezett ABS ellenőrző lámpa.
Kanyarmeneti Blokkolásgátló
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 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.
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.
Gyakori ABS Hibák és Karbantartás
Az ABS hidraulikus egysége és vezérlőegysége hajlamos lehet a meghibásodásra, különösen bizonyos autómárkáknál és típusoknál. Az Opel Vectra B esetében is előfordulhatnak specifikus problémák.
Hibajelenségek
- Az egyik leggyakoribb hiba, hogy a hidraulikus egység nem tudja megfelelően szabályozni a fékfolyadék nyomását. Ennek következtében a fékerő csökken, a fékút és a féktávolság drasztikusan megnövekszik.
- A beeső vagy „puha” fékpedál egyértelmű jele lehet annak, hogy probléma van az ABS rendszerrel. Ez általában azt jelenti, hogy a fékfolyadék szivárog, vagy a hidraulikus egység nem működik megfelelően.
- Az ABS rendszer hibáját a műszerfalon található ABS figyelmeztető lámpa jelzi. Ha ez a lámpa folyamatosan világít, az arra utal, hogy a rendszer nem működik megfelelően, bár nem minden esetben jelez ABS kocka hiba esetén.
- Opel Vectra B modelleknél gyakori probléma lehet, hogy az ABS motor bekapcsol 30km/h felett, illetve minden fékezésnél visszalöki a pedált. Ez sok esetben nem a hidraulikus tömb, hanem a kerékfordulatszám-érzékelők hibájára utal, vagy pedig a hozzájuk tartozó ABS gyűrűk rozsdásodására. Ha mindkét oldalon levő ABS gyűrű rozsdás volt, ez okozhatja a hibát.
Javítás és Karbantartás
Az ABS kocka, vagyis a hidraulikus egység javítása és felújítása gazdaságosabb megoldás lehet, mint az alkatrész teljes cseréje. A javítás során a hibás szelepeket, érzékelőket és tömítéseket cserélik ki, valamint alapos tisztítást végeznek. Ha az ABS kocka javítása nem lehetséges, például mert az alkatrész súlyosan sérült, akkor a teljes csere az egyetlen megoldás. Érdemes figyelembe venni, hogy a fékfolyadék elöregedését a szükséges időközönkénti cserével meg kell akadályozni, mivel ez a hidraulikus rendszer megfelelő működésének alapfeltétele.
Az ABS rendszer meghibásodása megelőzhető rendszeres karbantartással és ellenőrzéssel. Ha az ABS lámpa kigyullad, vagy más rendellenességet tapasztal, érdemes tapasztalt szakemberhez fordulni.
Kapcsolási Rajzok az Opel Vectra B-hez
Az Opel Vectra B ABS rendszerének karbantartásához és hibaelhárításához elengedhetetlenek a kapcsolási rajzok. Ezek segítségével azonosíthatók az elektromos csatlakozások, az érzékelők, a szelepek és a vezérlőegység közötti vezetékek. A TIS 2000 nevű programban biztosan találhatóak releváns kapcsolási rajzok az Opel Vectra B modellekhez, ami nagy segítséget nyújthat a diagnosztikában és javításban.
