Componenta sistemului de franare

Sistemul de franare este compus din pompa centrala de frana, servofrana si franele cu disc, pentru rotile anterioare, respectiv franele cu disc sau tambur, pentru rotile posteroare. In functie de puterea motorului, automobilul poate fi echipat cu frane cu disc si la rotile posterioare. Sistemul hidraulic de franare este compus din doua circuite, care functioneaza in diagonala. Adica un circuit actioneaza franele fata dreapta/spate stanga si celalalt actioneaza franele fata stanga/spate dreapta. Prin aceasta, in cazul defectarii unui circuit de exemplu din cauza neetanseitatii, automobilul poate fi franat prin intermediul celui de-al doilea circuit de franare, nefiind afectata stabilitatea acestuia pe traiectoria de deplasare. Presiunea pentru ambele circuite de franare este creata in pompa centrala de frana tandem, prin intermediul pedalei de frana.

Rezervorul de lichid de frana, care este dispus in compartimentul motorului, deasupra pompei centrale de frana, alimenteaza intregul sistem de franare cu lichid de frana. Un nivel de lichid de frana prea scazut in rezervor este indicat la automobilele prin aprinderea unui bec de control in tabloul de bord. In orice caz, nivelul de umplere al rezervorului de lichid de frana ar trebui verificat in mod regulat.

Servofrana la modelele cu motoare pe benzina utilizeaza o parte din vacuumul creat de motor in colectorul de aspiratie. La actinarea pedalei de frana, forta de apasare este amplificata, prin intermediul unor supape. Deoarece la modelele cu motoare Diesel nu exista depresiune in colectorul de aspiratie, o pompa de vacuum montata in partea posterioara a chiulasei creeaza depresiunea necesara functionarii servofranei. Pompa de vacuum este antrenata de catre arborele cu came.

Franele anterioare cu disc sunt dotate cu etrieri mobili. In acest caz, pentru apasarea placutelor de frana pe disc este necesar un singur piston. La frana posterioara cu disc exista doi etrieri ficsi. Pentru apasarea placutelor de frana, in cazul etrierului fix, este nevoie de doua pistoane.

Frana de mana este actionata prin intermediul unor cabluri si actioneaza asupra rotilor posterioare. La modelele cu frane cu disc la puntea posterioara, sunt montate tambururi de frana suplimentare in discurile de frana pentru frana de mana. Acest lucru este necesar deoarece frana cu disc nu se dovedeste a fi o frana de stationare eficienta.

Placutele de la franele cu disc cat si sabotii de la franele posterioare cu tambur se regleaza automat, astfel incat reglarea franei rotilor posterioare devine necesara doar in cazul in care la reparatie s-a demontat sistemul de franare.

Clasificarea sistemelor de franare

Sistemele de franare, dupa rolul pe care-l au se clasifica in:

– sistemul principal de franare, intalnit si sub denumirea de frana principala sau de serviciu, care se utilizeaza la reducerea vitezei de deplasare sau la oprirea automobilului. Datorita actionarii, de obicei prin apasarea unei pedale cu piciorul, se mai numeste si frana de picior.

– sistemul stationar de franare sau frana de stationare care are rolul de a mentine automobilul imobilizat pe o panta, in absenta conducatorului, un timp nelimitat, sau suplineste sistemul principal in cazul defectarii acestuia. Datorita actionarii manuale, se mai numeste si frana de mana. Frana de stationare este intalnita si sub denumirea de „frana de parcare” sau „de ajutor”. Frana de stationare trebuie sa aiba un mecanism de actionare propriu, independent de cel al franei principale. Deceleratia recomandata pentru frana de stationare trebuie sa fie egala cu cel putin 30% din deceleratia franei principale. In general frana de stationare preia si rolul franei de siguranta.

– sistemul suplimentar de franare sau dispozitivul de incetinire care are rolul de a mentine constanta viteza automobilului, la coborarea unor pante lent iar utilizarea indelungata a franelor. Acest sistem de franare se utilizeaza in ca­zul automobilelor cu mase mari sau destinate special sa lucreze in regiuni de munte, contribuind la micsorarea uzurii franei principale si la sporirea securitatii circulatiei.

Sistemul de franare se compune din franele propriu-zise si mecanismul de actionare a franelor.

Dupa locul unde este creat momentul de franare (de dispunere a franei propriu-zise), se deosebesc: frane pe roti si frane pe transmisie.

Dupa forma piesei care se roteste, franele propriu-zise pot fi: cu tambur (radiate), cu disc (axiale) si combinate.

Dupa forma pieselor care produc franarea, se deosebesc: frane cu saboti, frane cu banda si frane cu discuri.

Dupa mecanismul de actionare, franele pot fi: cu actionare directa, pentru franare folosindu-se efortul conducatorului, cu servoactionare, efortul con­ducatorului folosindu-se numai pentru comanda unui agent exterior care pro­duce forta necesara franarii, cu actionare mixta, pentru franare folosindu-se atat forta conducatorului cat si forta data de un servomecanism.

Conditii impuse sistemului de franare

Un sistem de franare trebuie indeplineasca urmatoarele conditii:

– sa asigure o franare sigura.

– sa asigure imobilizarea automobilului in panta.

– sa fie capabil de anumite deceleratii impuse.

– franarea sa fie progresiva, fara socuri.

– sa nu necesite din partea conducatorului un efort prea mare.

– efortul aplicat la mecanismul de actionare al sistemului de franare sa fie proportional cu deceleratia, pentru a permite conducatorului sa obtina intensi­tatea dorita a franarii.

– forta de franare sa actioneze in ambele sensuri de miscare ale auto­mobilului.

– franarea sa nu se faca decat la interventia conducatorului.

– sa asigure evacuarea caldurii care ia nastere in timpul franarii.

– sa se regleze usor sau chiar in mod automat.

– sa aiba o constructie simpla si usor de intretinut.

Destinatia sistemului de franare

Sistemul de franare serveste la:

– reducerea vitezei automobilului pana la o valoare dorita sau chiar pana la oprirea lui.

– imobilizarea automobilului in stationare, pe un drum orizontal sau in panta.

– mentinerea constanta a vitezei automobilului in cazul coborarii unor pante lungi.

Eficacitatea sistemului de franare asigura punerea in valoare a perfor­mantelor de viteza ale automobilului.

In practica, eficienta franelor se apreciaza dupa distanta pe care se opreste un automobil avand o anumita viteza.

Sistemul de franare permite realizarea unor deceleratii maxime de 6-6.5 m/s2 pentru autoturisme si de 6 m/s2 pentru autocamioane si autobuze.

Pentru a rezulta spatii de franare cat mai reduse este necesar ca toate rotile automobilului sa fie prevazute cu frane (franare integrala). Efectul franarii este maxim cand rotile sunt franate pana la limita de blocare.

Ce este un accelerometru?

Un accelerometru piezoelectric este o masa seismica, folosind un cristal piezoelectric pentru a converti forta masei datorita acceleratiei intr-un semnal electric de iesire. Cristalul nu actioneaza numai ca traductor, dar si ca suspensie arcuita a masei. Imaginea arata un accelerometru tipic sau un senzor de lovire folosit la vehicule. Cristalul este inglobat intre corpul senzorului si masa seismica si este compresat de un pivot.

Accelerometru

Fortele de acceleratie ce actioneaza pe masa seismica cauzeaza variatii in volumul compresiilor cristalului si de aici, genereaza tensiunea piezoelectrica. Oscilatiile masei nu sunt amortizate, cu exceptia rigiditatii cristalului. Aceasta inseamna ca senzorul va avea o frecventa de o foarte mare rezonanta, dar de asemenea, va fi la o foarte mare frecventa (50 kHz). Frecventa naturala sau rezonanta a unei ramuri a sistemului masei este data de:

f=(1/2p) V [k/m]

f – frecventa rezonanta.

k – ramura constanta (foarte mare in acest caz).

m – masa masei seismice (foarte joasa in acest caz).

Senzorul, cand este folosit de un motor cu senzor de lovire, va detecta de asemenea alte vibratii motoare. Acestea sunt tinute la minim, doar uitandu-ne la “lovituri”, cateva grade inainte si dupa pozitia punctului initial. Semnalele nedorite sunt filtrate electric. Semnalul acestui tip de senzor este detectat de un amplificator incarcator. Sensibilitatea unui senzor de lovire, a unui vehicul este de aproape 20 mV/g (g=9,81 m/s).

Cerintele sistemului ABS

– trecerea pe sistemul de franare clasic in cazul avariei sistemului ABS.

– mentinerea comenzii asupra directiei cand sistemul ABS este in functiune.

– raspuns imediat.

– folosirea sistemului nu trebuie sa produca reactii la pedala de frana.

– stabilitatea directiei trebuie mentinuta in orice conditii de drum (chiar cand o roata este pe drum uscat si alta pe polei). Sistemele ABS trebuie sa fie independente pe fiecare roata.

– Sistemul ABS trebuie sa lucreze la toate regimurile de viteza, de la cea mai joasa la cea mai mare.

– Sistemul ABS trebuie sa fie capabil sa recunoasca acvaplanarea si sa reactioneze in consecinta sau sa franeze la viteza mica pe polei si sa mentina directia autovehiculului.

Functionarea corecta a sistemului va duce la un compromis intre aceste cerinte. Modul de functionare poate fi exemplificat pentru doua cazuri: la adeziune mare si la adeziune minima.

Procesele in sistemul de interogare (Process Query System)

Process query system (PQS) este un sistem ce are la baza detectia schimbarilor, a evenimentelor si prezinta urmatorul framework (vezi imagine).

Framework-ul PQS din imagine contine 5 pasi:

– prezentarea mediului monitorizat ce consta in procese care se afla in diverse stari dinamice si observabile.

– starile dinamice nu pot fi observate in mod direct, ele produc evenimente observabile.

– din acest moment intervin senzorii care detecteaza evenimentele si le comunica unui centru spre analiza.

– observatiile senzorilor despre starile dinamice ale proceselor sunt de multe ori neconcludente si in acest moment se emit diverse ipoteze despre posibilele stari ce au dus la obervarea unui anumit eveniment.

– in urma ipotezelor se ajunge la cunoasterea starilor sistemului.

Procesele in sistemul de interogare (Process Query System)

Sistemul ABS generalitati

Sistemul ABS (Antilock Bracking System), a fost dezoltat pentru masinile de performanta in scopul eliminarii blocarii rotilor pe carosabil alunecos. El este adaptabil la toate tipurile de tovehicule.

Blocarea uneia sau a mai multor roti in timpul franarii are urmatoarele consecinte:

– distanta de franare creste.

– se pierde controlul directiei.

– uzura pneurilor va fi anormala.

In aceste conditii evitarea unui accident devine foarte dificila. Decelerarea maxima a vehiculului este obtinuta atunci cand in sistemul de franare are loc o conversie maxima de energie.

Aceasta conversie a energiei cinetice se realizeaza prin degajare de caldura la discurile si placutele de franare de la etriere. Aceasta conversie este mai putin eficienta atunci cand anvelopa derapeaza chiar pe drum uscat. Un sofer bun va actiona frana de doua sau trei ori in caz de derapare dar nu o va apasa pana la blocare. Rezultatele sunt spectaculoase. Sistemul ABS realizeaza exact acest lucru chiar si pentru un sofer mai putin experimentat. Sistemul nu va permite blocarea rotilor chiar daca soferul tine pedala de frana apasata in permanenta. Sistemul nu este conceput pentru a conduce repede si a frana scurt ci pentru a fi folosit doar in cazuri de urgenta.

Componentele sistemului ABS (Anti Block System)

Exista mai multe firme care produc sisteme ABS (Anti Block System). Componentele principale ale acestui sistem sunt: senzorii de viteza, partea electronica sau ECU (Electronic Control Unit) si modulatorul hidraulic.

Senzorii de viteza sunt de tip inductiv si lucreaza impreuna cu o roata dintata montata pe roata autovehiculului. Senzorul este compus dintr-o bobina montata pe magnet permanent prelungit cu un miez magnetic. La deplasarea dintilor rotii prin fata senzorului apare un semnal electric avand o frecventa si o tensiune proportionale cu viteza rotii. Rezistenta bobinei este de cca 1000 ohmi. ECU foloseste numai semnalul in frecventa dat de traductor. Cablul de legatura cu traductorul trebuie sa fie ecranat.

Constructia Sistemului ABS

Partea electronica (Electronic Control Unit – ECU) preia informatiile de la senzorii de viteza si calculeaza cea mai buna solutie pentru modulatorul hidraulic. Schema ECU contine doua microprocesoare care ruleaza in paralel si independent acelasi program pentru a se obtine un grad cat mai bun de securitate. In caz de defect sistemul ABS se deconecteaza singur si semnalizeaza aceasta la panoul bord. ECU mai primeste semnale si de la un traductor de pozitie aflat in modulator. La pornire ECU isi testeaza alimentarea, corespondenta dintre microprocesoare, functionarea ventilelor, transmiterea datelor, memoria si modul de lucru al acesteia. Testul dureazã 300 ms. Modulatorul hidraulic are trei pozitii de lucru: scaderea presiunii, pastrarea presiunii si cresterea presiunii.

Exista si alte sisteme de ABS mai performante dar mai complicate. Unul dintre acestea foloseste pentru cresterea presiunii de franare o pompa cu motor electric. Avantajul acestui sistem este ca viteza de raspuns este mult mai mare. Schema este realizata cu electroventile clasice dar cu mare viteza de actionare si nu cu modulator. Frecventa de lucru depaseste 20 Hz. Comanda electroventilelor este data de un sistem de calcul specializat si performant.

Cercetarile privind franarea autovehiculului prevad in viitor un sistem de franare electropneumatic numit comercial “franare prin fire”. Se prevede o imbunatatire cu 10% a randamentelor de franare (distanta de oprire). Marele avantaj consta in posibilitatea reglarii electronice a efortului de franare pentru a avea o distributie ideala si astfel timpul de raspuns sa se imbunatateasca. Acest sistem va constitui o reala simplificare si reducere de pret pentru camioanele articulate. Modulatoarele vor fi montate deasupra rotii, comanda dandu-se progresiv pe cale electrica de catre ECU. O alta problema apare la sistemele ABS concepute pentru autotrenuri de marfa unde sarcina este mare si deci si forta necesara pentru franare va trebui sa fie considerabila si dependenta de sarcina pe osie.

Senzori inductivi

Senzorii de tip inductiv sunt folositi mai mult pentru a masura viteza de rotatie si in unele cazuri pozitia unui membru rotativ. Ei lucreaza pe principiul inductiei, adica a schimbarii fluxului magnetic care va induce un EMF. Curentul de iesire este sinusoidal. Amplitudinea acestui semnal depinde de schimbarea fluxului. Aceasta este in mare parte determinata de proiectarea originala: de numarul turatiilor, puterea magnetilor si relatia dintre senzor si componenta rotativa. Se mareste turatia. In majoritatea aplicatiilor, frecventa semnalului este folosita la masurari. Cel mai simplu mod de a converti iesirea dintr-un senzor inductiv la o forma folositoare, este sa o trecem printr-un circuit trigger Schimitt. Aceasta produce o amplitudine constanta, dar si o frecventa variabila.

In unele cazuri iesirea senzorului este folosita sa dea drumul unui oscilator si sa-l închida sau sa amortizeze oscilatiile. Oscilatorul produce o frecventa foarte inalta, cam 4 MHz, cand semnalul senzorului se inchide si se deschide si apoi, filtrat, produce o unda patratica. Acest sistem este rezistent la interferente.

Senzor Inductiv