Blokkolásgátlás (ABS) |
A hátsó kerekek fékezését befolyásoló
szerkezetek között volt egy, amelyik az olajnyomást a fékezés által előidézett
tömegerők alakulása szerint szabályozta. De igen elterjedtek azok a szabályozók
is, melyek - függetlenül attól, hogy első vagy hátsó kerekekről van szó
- a kerekek szlipjétől függően befolyásolják az olajnyomást.
A gépjárműkerekek ismertetésekor szó volt a gumiabroncs rugalmas deformációjáról, ami lehetővé teszi, hogy fékezés közben a kerék fordulatszáma kisebb legyen, mint a jármű sebességéből visszafelé számított ("tiszta gördüléshez" tartozó) elméleti fordulatszám. Ez a szlipnek nevezett jelenség annál nagyobb, minél erősebben fékezünk. A szlip a fékezés fokozása alatt a tiszta gördüléshez tartozó 0 értéktől a blokkoláshoz tartozó 1-ig folyamatosan változik (a vasúti kerekek a tiszta gördülésből szlip nélkül mennek át csúszásba). A gumiabroncs tapadása az útfelületre azonban változik a szlip függvényében, ahogy azt a diagram mutatja. Blokkoláskor a tapadás ( j ) átvált tiszta csúszásra ( m ), ami azt is jelenti, hogy oldalirányú erő hatására a kerék gyakorlatilag ellenállás nélkül csúszhat. Az úttartás megszűnése (kormányozhatatlanság) veszélyesebb mint az, hogy a lecsökkent súrlódás miatt a fékút valamelyest megnő. Ezért fejlesztették ki a blokkolásgátló szerkezeteket. Működési alapelvük: amikor a kerék lassulása már veszélyesen nagy, aránytalanul nagyobb a jármű lassulásából visszafelé számított lassuláshoz képpest, akkor csökkentik a fékszerkezetre ható erőt (hidraulikus vezérlés esetén az olajnyomást). A szlip közvetlen számításához "ötödik kerékre" lenne szükség, amelyik tisztán gördül, s ennek a fordulatszámával lehetne a fékezett kerék fordulatszámát összevetni. Gyakorlatban erre nincs mód, ezért indulnak ki a kerék lassulásából, amit esetleg összevetnek a járműnek a lassulásával, mert akkor pontosabban lehet érzékelni a blokkolási veszélyt. Jó példa erre a korai időkben alkalmazott mechanikus blokkolásgátló (jobb oldali ábra). A szerkezet "lelke" egy korong, ami egy csavarorsóra van szerelve. A csavarorsó együtt forog a fékezendő kerékkel (kúpkerekes kapcsolat). A korong mögött helyezkedik el egy kapcsolódugattyú, ami alaphelyzetben szabadon átengedi az olajat a főfékhengertől a kerékhez. Fékezéskor a lassulás kétféle képpen is "támadja" a korongot. Egyrészt a jármű lassulása miatt a korongra hat egy tolóerő jobbra, másrészt a csavarorsó forgásának lassulásakor a korong a tehetetlenségi nyomatéka miatt lustán csökkenti a fordulatszámát, inkább balra lecsavarodik a meneten a jobbra ható tömegerő ellenére. Ha jól méretezik a korongot és a menetemelkedést, akkor az a blokkolási veszély közelében tolja el kapcsolódugattyút, ami először elzárja a főfékhengertől jövő csatornát, majd enyhén kinyitja a visszafolyó csatornát, ami miatt először megáll a nyomásnövekedés, majd a nyomás csökkeni kezd. Ennek hatására a jármű lassulása enyhül, a korong kezd visszafelé csavarodni a csavarorsón, elzárja a visszafolyó csatornát, sőt egy kicsit kinyitja a főfékszeleptől jövő csatornát. A fékezés intenzitása megint kezd nőni, s a folyamat kezdődik elölről. Ez az ide-oda kapcsolás tart mindaddig, míg a blokkolási veszély fennáll. A korszerű blokkolásgátlók az elektronikát veszik igénybe. Egyrészt valamilyen érzékelővel folyamatosan mérik a kerék fordulatszámát, amiből egy számítógép ki tudja számolni a kerék lassulását. Ezt a számítógép minősíti, s ha úgy találja, hogy a lassulás túlságosan nagy (a kerék forgása közeledik a megálláshoz), akkor jelt ad egy vagy két villamos árammal működtetett szelepnek a be vagy a kikapcsolásra. A szelepek gondoskodnak arról, hogy az olajnyomás növekedése megálljon, azután kezdjen csökkenni majd ismét nőni. Ez a folyamatos ki-bekapcsolás tart mindaddig, míg a blokkolási veszély fennáll. A bal oldali ábrán nem túl erős fékezéskor
a lila főfékszeleptől akadálytalanul jut be az olaj a szabályozó szelepen
keresztül a fék munkahengerébe. A kerék fordulatszámát, majd abból a kerék
lassulását a számítógép a kerék tengelyére szerelt fogazott tárcsa által
szolgáltatott impulzusának gyakoriságából folyamatosan kiszámítja. Amikor
a lassulás kezd veszélyes lenni, a számítógép áramot küld a piros szelep
tekecsébe. A mágneses erőtér a szelepet lerántja, így az megnyitja az olaj
útját a szabályozó szelep kapcsoló dugattyújához.
A számítógép ekkor még nem érzékeli azt, hogy a kerék lassulása megállt volna, ezért a kapcsoló dugattyú tovább halad balra, növelve a "beszorult" olaj által kitöltött tér nagyságát. A következmény: az olaj nyomása csökkenni kezd, a fékezés mértéke enyhül, a kerék gyorsulni kezd. Ekkor a számítógép egy pillanatra felemeli a piros szelepet, a nyomás a kapcsoló dugattyúban kissé csökken, a kapcsoló dugattyú jobbra elmozdulva növeli a nyomást a fék munkahengerében: a kerék lassulni kezd. Ez a folyamatos ki-bekapcsolás tart mindaddig, míg a blokkolási veszély fennáll. Természetesen az érzékelőből és a szabályozó dugattyúból több darabra van szükség. Minél többet építenek be egy járműbe, annál tökéletesebb lesz a blokkolásgátlás - és annál többe kerül a jármű. A bal oldali ábra a legegyszerűbb változat mutatja: egy átlósan kötött kétkörös fékrendszerben mindössze két érzékelő, s két szabályozó látható (a rajzon a mágneses szelep és a kapcsoló dugattyú egybe van építve). A rajz csak a hidraulikát mutatja, amihez természetesen villamos hálózat is tartozik, benne a legfontosabb: egy számítógép (ami persze nem csak a fékrendszert szolgálhatja ki). Az érzékelők és a szabályozók száma és elrendezése nagy változatosságot mutat. Ábránkon négy átlósan kötött, s négy első-hátsó körből álló elrendezés látható. A b megoldáshoz annyi megjegyzést, hogy ha négy érzékelő van benne, akkor a számítógép annak a keréknek a lassulsát veszi figyelembe, amelyik közelebb van a blokkolás határához. A fékezés kezdetekor az olajnyomás itt is minden további nélkül eljut a kerekekig. Amikor a számítógép úgy érzékeli, hogy a fékezés megközelítette a blokkolás határát, a tekercsbe áramot küld. A dugattyú elindul jobbra. Először ráengedi a szelepet az ülésére: ezután akárhogy is erőlteti a gépkocsivezető a fékpedál nyomását, az olajnyomás a fékhengerben nem nő. Sőt, a tekercs tovább húzza jobbra a dugattyút, megnövelve a lezárt tér térfogatát, ezért ott csökkenni kezd a nyomás. A következő pillanatban az áram kikapcsol, a dugattyút az erős rugó balra tolja, előtte a nyomás ismét nőni kezd. Ez a folyamatos ki-bekapcsolás tart
mindaddig, míg a blokkolási veszély fennáll.
A jobb oldalon látható a szerkezet
folyamatos működés közben.
A következő szerkezet érdekessége, hogy szabályozás közben az olaj a fékhengerből periódikusan egy rugóval kitámasztott "pufferdugattyú" hengerébe jut, majd onnan vissza a kerékhengerbe. A blokkolásgátlás folyamata természetesen itt is azzal kezdődik, hogy a számítógép a tekercsbe küldött árammal a vezérlő dugattyút felemeli annyira, hogy az a főfékpedáltól jövő olaj útját elzárja. Ekkor kezdődik a szabályozás:
szükség szerinti szaporasággal fel-le ugrál a dugattyú, folyamatosan csökkentve-növelve
az olajnyomást a fékhengerben, mint ahogy az látható a következő ábrán.
A szerkezethez tartozik még egy villamos
motorral hajtott szivattyú is, mely gondoskodik arról, hogy a szabályozási
folyamat befejeztével az "puffer-ágba" jutó olaj visszamenjen a fő ágba.
Az utolsóként bemutatott szerkezet
meglehetősen hasonlít az előzőhöz. A fő különbség, hogy két vezérlő dugattyúja
van. Az egyik (az alsó) végzi a főfékhenger felöl jövő vezeték elzárását,
illetve nyitogatását, a másik (a fölső) nyitogatja az olaj útját visszafelé,
a tartályba.
És mit ír az ABS fejlődéséről a szaksajtó: És végül egy kis lazítás!
|