Aby pojazd poruszał się po łuku, na styku opon i nawierzchni drogi muszą działać siły tarcia, których suma zrównoważy siłę odśrodkową. Mówiąc inaczej - siły te muszą utrzymać samochód w zamierzonym przez kierowcę torze ruchu. Jeśli samochód jadący po łuku jest dodatkowo hamowany, układ ABS czyni to tak, aby samochód przede wszystkim nadal zachował zamierzony tor ruchu. Korzystne jest również, jeśli kierowca zna zasady hamowania samochodem z układem ABS - wówczas pracuje on najskuteczniej. Oba zagadnienia są tematem tego artykułu.
Jeśli na koło działa siła odśrodkowa FO1, (rys. 11a) to wartość kąta znoszenia bocznego osiąga taką wartość a1, aby wartość siły bocznej FB1 równoważyła siłę odśrodkową FO1. Jeśli wartość siły odśrodkowej rośnie do wartości FO2 (rys.11b), np. wskutek wzrostu prędkości jazdy samochodu, to wartość kąta znoszenia bocznego rośnie do wartości a2, tak aby uzyskać większą wartość siły bocznej FB2, która zrównoważy większą wartość siły odśrodkowej FO2. Dalszy wzrost siły odśrodkowej do wartości FO3, powoduje dalszy wzrost wartości kąta znoszenia bocznego do wartości a3, tak by uzyskana siła FB3 zrównoważyła siłę FO3. Jednak, aby wzrost wartości kąta znoszenia bocznego α powodował wzrost wartości siły bocznej FB, tak by mogła ona równoważyć siłę odśrodkową FO, wzrost wartości kąta znoszenia bocznego α musi następować w zakresie, w którym powoduje on wzrost wartości współczynnika przyczepności bocznej opony μB, a w konsekwencji wzrost wartości siły bocznej FB. Przykładowo ten warunek jest spełniony dla linii A wykresu na rys.10, w zakresie wartości kąta znoszenia bocznego a od 0 do 20O, gdy opona współpracuje z suchym, szorstkim betonem. Jeśli powyższy warunek nie jest spełniony - przykładowo dla linii A wykresu na rys. 10 (opona współpracująca z suchym, szorstkim betonem), w zakresie wartości wartość kąta znoszenia bocznego α większej niż 20O, to mimo wzrostu wartości kąta znoszenia bocznego a, siła boczna FB nie zrównoważy siły odśrodkowej FO. Niezrównoważona siła odśrodkowa będzie przemieszczać koło w kierunku na zewnątrz zakrętu.
Siły hamowania i boczna, przy jeździe po łuku
Gdy samochód jedzie po luku i jest hamowany (zakładam, że siła pionowa FP, z którą koło jest dociskane do drogi, ma wartość stałą), to:
- wartość siły hamowania FH zależy od wartości współczynnika przyczepności wzdłużnej opony μW - linie A i C na rys. 12;
- wartość siły bocznej FB zależy od wartości współczynnika przyczepności bocznej opony μB - linie B i D na rys. 12.
Z wykresu na rys.12 wynikają następujące wnioski.
1. Dla zerowej wartości poślizgu koła PK:
a) wartość współczynnika przyczepności wzdłużnej opony μW, a więc również wartość siły hamowania FH jest równa zero (linie A i C, pkt.1);
b) wartość współczynnika przyczepności bocznej opony μB, a więc również wartość siły bocznej FB, jest maksymalna (linia B pkt. 4 i linia D punkt 8);
2. Dla określonej wartości poślizgu koła PK (linia A pkt 2 i linia C pkt 6) współczynnik przyczepności wzdłużnej opony μW, a więc również wartość siły hamowania FH, osiąga wartość maksymalną (pomijam w rozważaniach sypki piasek i śnieg).
3. Wraz ze wzrostem wartości poślizgu koła PK, wartość współczynnika przyczepności bocznej opony μB (linie B i D), a więc również wartość siły bocznej FB, maleje.
4. Dla wartości poślizgu koła PK równej 100%, czyli gdy koło jest zablokowane:
a) wartość współczynnika przyczepności wzdłużnej opony μW, a więc również wartość siły hamowania FH, jest mniejsza od maksymalnej (linia A pkt 3 i linia C pkt 7);
b) wartość współczynnika przyczepności bocznej opony μB, a więc również wartość siły bocznej FB, jest najmniejsza, bliska zeru (linia B pkt 5 i linia D pkt 9);
5. Wraz ze wzrostem wartości kąta poślizgu bocznego a:
a) wartość współczynnika przyczepności wzdłużnej opony μW, a więc również wartość siły hamowania FH, maleje (linie A i C);
b) wartość współczynnika przyczepności bocznej opony μB, a więc również wartość siły bocznej FB, rośnie (linie B i D);
Jeśli układ ABS pracuje, podczas hamowania samochodu poruszającego się po łuku, to zakres regulacji wartości poślizgu koła PK przez układ ABS (rys. 13) wskazuje na to, że układ ABS rezygnuje z uzyskania maksymalnych wartości współczynnika przyczepności wzdłużnej opony μW, a więc również wartości siły hamowania FH, tak aby wartości współczynnika przyczepności bocznej opony μW, a więc również wartości siły bocznej, miały możliwie duże wartości (są one jednak mniejsze od wartości maksymalnej). Wniosek z wykresu na rys. 13 jest taki, że hamowanie w ruchu prostoliniowym jest bardziej skuteczne niż hamowanie na łuku.
Zadania układu ABS
Program sterujący układem ABS ma następujące zadania, w kolejności ważności:
1. Zapewnienie możliwości kierowania pojazdem, podczas hamowania, bez względu na rodzaj nawierzchni, po której porusza się samochód. Pozwala to skoncentrować się kierowcy na omijaniu przeszkody.
2. Skrócenie drogi hamowania, dla każdego rodzaju nawierzchni, po której porusza się samochód,
3. Uniknięcie uszkodzenia opony, wskutek zablokowania koła podczas hamowania (rys. 14).
Rodzaje hamowania samochodem z układem ABS
Jeśli samochód ma tzw. czterokanałowy układ ABS (obecnie jest to standard - patrz rys. 15), program sterownika układu umie określić dla każdego koła aktualną wartość współczynnika przyczepności wzdłużnej mW, ale dopiero gdy nastąpi chwilowe zablokowanie danego koła. To rozpoznanie następuje przez określenie wartości ciśnienia płynu obwodzie hydraulicznym danego koła, przy którym nastąpiło zablokowanie tego koła. Układ ABS wówczas zaczyna regulację ciśnienia w układzie hydraulicznym danego koła, gdy nastąpi zablokowanie danego koła. Jeśli to nie nastąpi dla żadnego z kół, hamowanie samochodu z układem ABS nie różni się od hamowania samochodu bez tego układu.
Warunki konieczne dla prawidłowej pracy układu ABS
Aby układ ABS mógł pracować prawidłowo:
- amortyzatory pojazdu muszą być sprawne, bowiem ich niesprawność powoduje wydłużenie drogi hamowania o większy odcinek drogi niż w przypadku hamowania samochodu bez ABS, posiadającego tak samo niesprawne amortyzatory;
- wszystkie elementy układu hamulcowego muszą być sprawne;
- ogumienie pojazdu, na wszystkich osiach powinno być tego samego typu i zbliżonym zużyciu na jednej osi pojazdu.
Hamowanie awaryjne samochodem z układem ABS
Prawidłowy przebieg hamowania awaryjnego samochodem z ABS-em, wraz z omijaniem przeszkody ilustruje rys. 16 - omówienie poniżej.
1. Samochód oznaczony literą A zbliża się główną drogą do skrzyżowania. Z bocznej drogi wyjeżdża samochód, oznaczony cyfrą 1, który wymusza pierwszeństwo.
2. Kierowca samochodu jadącego główną drogą, znajdując się w pozycji B, zauważa niebezpieczeństwo i postanawia hamować. Ponieważ jest to samochód z układem ABS, kierowca dla jego prawidłowego wykorzystania powinien manewr hamowania wykonać w sposób opisany poniżej.
a) Po zauważeniu przeszkody, najważniejsze jest szybkie przełożenie nogi z pedału gazu na pedał hamulca (rys. 16/B-1) i szybkie naciśnięcie go z pełną siłą (rys. 16/B-2). Szybkie naciśnięcie pedału hamulca umożliwia możliwie szybkie rozpoczęcie hamowania. Jeśli bowiem czas od zobaczenia przeszkody do naciśnięcia hamulca wynosi 0,5 s, to jadąc 100 km/h, przebywamy w tym czasie 13,9 m, a więc wymóg ten jest logiczny.
Naciśnięcie ma być maksymalnie silne i utrzymane przez cały czas hamowania. Jadąc samochodem z układem ABS nie trzeba zastanawiać się, czy któreś z kół ulegnie zablokowaniu - kontrolę nad tym pozostawmy układowi ABS. Układ ABS, aby prawidłowo pracował, musi dysponować możliwie maksymalną wartością ciśnienia w układzie hamulcowym, a ona zależy tylko od siły nacisku kierowcy na pedał hamulca. Układ ABS, w obwodzie hydraulicznym każdego z kół (w czterokanałowym układzie ABS), umie bowiem tylko obniżać ciśnienie od wartości maksymalnej oraz utrzymać je w korzystnym zakresie wartości poślizgu koła. Nie potrafi natomiast podnieść ciśnienia ponad wartość wynikającą z siły nacisku kierowcy na pedał hamulca, jeśli jest ona za mała, aby doprowadzić do zablokowania co najmniej jednego koła przez układ ABS. Jest to konieczne, aby układ ABS poznał aktualną wartość współczynnika przyczepności wzdłużnej μW, dla danego koła. Jest to istotne wówczas, gdy nawierzchnia, po której jedzie koło zmienia się nagle z mało przyczepnej, np. lód, na bardziej przyczepną, np. mokry asfalt.
b) Jednocześnie z naciśnięciem hamulca lub z minimalnym opóźnieniem należy nacisnąć pedał sprzęgła (rys. 16/B-2), aby układ napędowy nie hamował każdego z kół napędowych, gdy po chwilowym zablokowaniu powinny się one możliwie szybko zacząć obracać, na co czeka sterownik układu ABS, aby kontynuować regulację ciśnienia.
c) Osiągamy prawidłowy stan, w którym prawa noga z dużą siłą naciska na pedał hamulca a lewa naciska sprzęgło (rys. 16/B-3).
3. W większości przypadków można uniknąć wypadku omijając przeszkodę. W naszym przykładzie samochód, który wymusił pierwszeństwo zatrzymał się (rys.16, pozycja 2), kierowca samochodu jadącego główną drogą ma możliwość ominięcia go. Posiadając ABS w swoim samochodzie, może to czynić nie przerywając hamowania (rys. 16, pozycje C, D, E).
Pamiętajmy, że w samochodzie z ABS-em nie wolno naciskać w sposób pulsacyjny na pedał hamulca, bo układ ABS „zgłupieje” a droga hamowania się wydłuży. Na samym początku pracy układu ABS może byś słyszalny wyraźny odgłos zablokowania jednego lub więcej kół, bowiem przy pierwszym rozpoznanym zablokowaniu koła, tzw. czas odpowiedzi układu (czas od momentu stwierdzenia zablokowania do obniżenia ciśnienia w danym kole) jest nieco dłuższy niż przy kolejnych następujących po sobie cyklach regulacji.
Podczas pracy układu ABS charakterystyczne jest:
- pulsowanie pedału hamulca, które proszę traktować jako informację, że układ ABS pracuje - nie występuje ono jedynie w samochodach z elektrohydraulicznymi układami hamulcowymi, np. Toyota Prius;
- słyszalne klekotanie, będące następstwem pracy elektronicznie sterowanych elektrozaworów hydraulicznych.
mgr inż. Stefan Myszkowski
Siła boczna a kąt znoszenia bocznego opony
Aby na styku opony z nawierzchnią drogi powstała siła boczna FB, np. równoważąca siłę odśrodkową FO (rys. 9), konieczne jest znoszenie boczne opony. Jego miarą jest kąt znoszenia bocznego opony a. Jest to kąt pomiędzy płaszczyzną symetrii koła a kierunkiem (chwilowym) ruchu koła. Kierunek ruchu koła to styczna do toru ruchu koła. Od wartości kąta znoszenia bocznego a opony zależy wartość współczynnika przyczepności bocznej opony μB (rys. 10), od której z kolei zależy wartość siły bocznej FB (wzór 2). Z wykresu na rys.10 wynikają następujące wnioski:
- dla zerowej wartości kąta znoszenia bocznego a, wartość współczynnika przyczepności bocznej opony μB jest również zerowa;
- gdy wartość kąta znoszenia bocznego a rośnie, to niezależnie od rodzaju nawierzchni drogi, wartość współczynnika przyczepności bocznej opony μB najpierw rośnie, potem osiąga wartość maksymalną, a następnie maleje;
- im większa jest przyczepność nawierzchni drogi, tym wyższe są maksymalne wartości współczynnika przyczepności bocznej opony μB (linie A i B wykresu, w porównaniu z liniami C i D).
Jeśli na koło działa siła odśrodkowa FO1, (rys. 11a) to wartość kąta znoszenia bocznego osiąga taką wartość a1, aby wartość siły bocznej FB1 równoważyła siłę odśrodkową FO1. Jeśli wartość siły odśrodkowej rośnie do wartości FO2 (rys.11b), np. wskutek wzrostu prędkości jazdy samochodu, to wartość kąta znoszenia bocznego rośnie do wartości a2, tak aby uzyskać większą wartość siły bocznej FB2, która zrównoważy większą wartość siły odśrodkowej FO2. Dalszy wzrost siły odśrodkowej do wartości FO3, powoduje dalszy wzrost wartości kąta znoszenia bocznego do wartości a3, tak by uzyskana siła FB3 zrównoważyła siłę FO3. Jednak, aby wzrost wartości kąta znoszenia bocznego α powodował wzrost wartości siły bocznej FB, tak by mogła ona równoważyć siłę odśrodkową FO, wzrost wartości kąta znoszenia bocznego α musi następować w zakresie, w którym powoduje on wzrost wartości współczynnika przyczepności bocznej opony μB, a w konsekwencji wzrost wartości siły bocznej FB. Przykładowo ten warunek jest spełniony dla linii A wykresu na rys.10, w zakresie wartości kąta znoszenia bocznego a od 0 do 20O, gdy opona współpracuje z suchym, szorstkim betonem. Jeśli powyższy warunek nie jest spełniony - przykładowo dla linii A wykresu na rys. 10 (opona współpracująca z suchym, szorstkim betonem), w zakresie wartości wartość kąta znoszenia bocznego α większej niż 20O, to mimo wzrostu wartości kąta znoszenia bocznego a, siła boczna FB nie zrównoważy siły odśrodkowej FO. Niezrównoważona siła odśrodkowa będzie przemieszczać koło w kierunku na zewnątrz zakrętu.
Siły hamowania i boczna, przy jeździe po łuku
Gdy samochód jedzie po luku i jest hamowany (zakładam, że siła pionowa FP, z którą koło jest dociskane do drogi, ma wartość stałą), to:
- wartość siły hamowania FH zależy od wartości współczynnika przyczepności wzdłużnej opony μW - linie A i C na rys. 12;
- wartość siły bocznej FB zależy od wartości współczynnika przyczepności bocznej opony μB - linie B i D na rys. 12.
Z wykresu na rys.12 wynikają następujące wnioski.
1. Dla zerowej wartości poślizgu koła PK:
a) wartość współczynnika przyczepności wzdłużnej opony μW, a więc również wartość siły hamowania FH jest równa zero (linie A i C, pkt.1);
b) wartość współczynnika przyczepności bocznej opony μB, a więc również wartość siły bocznej FB, jest maksymalna (linia B pkt. 4 i linia D punkt 8);
2. Dla określonej wartości poślizgu koła PK (linia A pkt 2 i linia C pkt 6) współczynnik przyczepności wzdłużnej opony μW, a więc również wartość siły hamowania FH, osiąga wartość maksymalną (pomijam w rozważaniach sypki piasek i śnieg).
3. Wraz ze wzrostem wartości poślizgu koła PK, wartość współczynnika przyczepności bocznej opony μB (linie B i D), a więc również wartość siły bocznej FB, maleje.
4. Dla wartości poślizgu koła PK równej 100%, czyli gdy koło jest zablokowane:
a) wartość współczynnika przyczepności wzdłużnej opony μW, a więc również wartość siły hamowania FH, jest mniejsza od maksymalnej (linia A pkt 3 i linia C pkt 7);
b) wartość współczynnika przyczepności bocznej opony μB, a więc również wartość siły bocznej FB, jest najmniejsza, bliska zeru (linia B pkt 5 i linia D pkt 9);
5. Wraz ze wzrostem wartości kąta poślizgu bocznego a:
a) wartość współczynnika przyczepności wzdłużnej opony μW, a więc również wartość siły hamowania FH, maleje (linie A i C);
b) wartość współczynnika przyczepności bocznej opony μB, a więc również wartość siły bocznej FB, rośnie (linie B i D);
Jeśli układ ABS pracuje, podczas hamowania samochodu poruszającego się po łuku, to zakres regulacji wartości poślizgu koła PK przez układ ABS (rys. 13) wskazuje na to, że układ ABS rezygnuje z uzyskania maksymalnych wartości współczynnika przyczepności wzdłużnej opony μW, a więc również wartości siły hamowania FH, tak aby wartości współczynnika przyczepności bocznej opony μW, a więc również wartości siły bocznej, miały możliwie duże wartości (są one jednak mniejsze od wartości maksymalnej). Wniosek z wykresu na rys. 13 jest taki, że hamowanie w ruchu prostoliniowym jest bardziej skuteczne niż hamowanie na łuku.
Zadania układu ABS
Program sterujący układem ABS ma następujące zadania, w kolejności ważności:
1. Zapewnienie możliwości kierowania pojazdem, podczas hamowania, bez względu na rodzaj nawierzchni, po której porusza się samochód. Pozwala to skoncentrować się kierowcy na omijaniu przeszkody.
2. Skrócenie drogi hamowania, dla każdego rodzaju nawierzchni, po której porusza się samochód,
3. Uniknięcie uszkodzenia opony, wskutek zablokowania koła podczas hamowania (rys. 14).
Rodzaje hamowania samochodem z układem ABS
Jeśli samochód ma tzw. czterokanałowy układ ABS (obecnie jest to standard - patrz rys. 15), program sterownika układu umie określić dla każdego koła aktualną wartość współczynnika przyczepności wzdłużnej mW, ale dopiero gdy nastąpi chwilowe zablokowanie danego koła. To rozpoznanie następuje przez określenie wartości ciśnienia płynu obwodzie hydraulicznym danego koła, przy którym nastąpiło zablokowanie tego koła. Układ ABS wówczas zaczyna regulację ciśnienia w układzie hydraulicznym danego koła, gdy nastąpi zablokowanie danego koła. Jeśli to nie nastąpi dla żadnego z kół, hamowanie samochodu z układem ABS nie różni się od hamowania samochodu bez tego układu.
Warunki konieczne dla prawidłowej pracy układu ABS
Aby układ ABS mógł pracować prawidłowo:
- amortyzatory pojazdu muszą być sprawne, bowiem ich niesprawność powoduje wydłużenie drogi hamowania o większy odcinek drogi niż w przypadku hamowania samochodu bez ABS, posiadającego tak samo niesprawne amortyzatory;
- wszystkie elementy układu hamulcowego muszą być sprawne;
- ogumienie pojazdu, na wszystkich osiach powinno być tego samego typu i zbliżonym zużyciu na jednej osi pojazdu.
Hamowanie awaryjne samochodem z układem ABS
Prawidłowy przebieg hamowania awaryjnego samochodem z ABS-em, wraz z omijaniem przeszkody ilustruje rys. 16 - omówienie poniżej.
1. Samochód oznaczony literą A zbliża się główną drogą do skrzyżowania. Z bocznej drogi wyjeżdża samochód, oznaczony cyfrą 1, który wymusza pierwszeństwo.
2. Kierowca samochodu jadącego główną drogą, znajdując się w pozycji B, zauważa niebezpieczeństwo i postanawia hamować. Ponieważ jest to samochód z układem ABS, kierowca dla jego prawidłowego wykorzystania powinien manewr hamowania wykonać w sposób opisany poniżej.
a) Po zauważeniu przeszkody, najważniejsze jest szybkie przełożenie nogi z pedału gazu na pedał hamulca (rys. 16/B-1) i szybkie naciśnięcie go z pełną siłą (rys. 16/B-2). Szybkie naciśnięcie pedału hamulca umożliwia możliwie szybkie rozpoczęcie hamowania. Jeśli bowiem czas od zobaczenia przeszkody do naciśnięcia hamulca wynosi 0,5 s, to jadąc 100 km/h, przebywamy w tym czasie 13,9 m, a więc wymóg ten jest logiczny.
Naciśnięcie ma być maksymalnie silne i utrzymane przez cały czas hamowania. Jadąc samochodem z układem ABS nie trzeba zastanawiać się, czy któreś z kół ulegnie zablokowaniu - kontrolę nad tym pozostawmy układowi ABS. Układ ABS, aby prawidłowo pracował, musi dysponować możliwie maksymalną wartością ciśnienia w układzie hamulcowym, a ona zależy tylko od siły nacisku kierowcy na pedał hamulca. Układ ABS, w obwodzie hydraulicznym każdego z kół (w czterokanałowym układzie ABS), umie bowiem tylko obniżać ciśnienie od wartości maksymalnej oraz utrzymać je w korzystnym zakresie wartości poślizgu koła. Nie potrafi natomiast podnieść ciśnienia ponad wartość wynikającą z siły nacisku kierowcy na pedał hamulca, jeśli jest ona za mała, aby doprowadzić do zablokowania co najmniej jednego koła przez układ ABS. Jest to konieczne, aby układ ABS poznał aktualną wartość współczynnika przyczepności wzdłużnej μW, dla danego koła. Jest to istotne wówczas, gdy nawierzchnia, po której jedzie koło zmienia się nagle z mało przyczepnej, np. lód, na bardziej przyczepną, np. mokry asfalt.
b) Jednocześnie z naciśnięciem hamulca lub z minimalnym opóźnieniem należy nacisnąć pedał sprzęgła (rys. 16/B-2), aby układ napędowy nie hamował każdego z kół napędowych, gdy po chwilowym zablokowaniu powinny się one możliwie szybko zacząć obracać, na co czeka sterownik układu ABS, aby kontynuować regulację ciśnienia.
c) Osiągamy prawidłowy stan, w którym prawa noga z dużą siłą naciska na pedał hamulca a lewa naciska sprzęgło (rys. 16/B-3).
3. W większości przypadków można uniknąć wypadku omijając przeszkodę. W naszym przykładzie samochód, który wymusił pierwszeństwo zatrzymał się (rys.16, pozycja 2), kierowca samochodu jadącego główną drogą ma możliwość ominięcia go. Posiadając ABS w swoim samochodzie, może to czynić nie przerywając hamowania (rys. 16, pozycje C, D, E).
Pamiętajmy, że w samochodzie z ABS-em nie wolno naciskać w sposób pulsacyjny na pedał hamulca, bo układ ABS „zgłupieje” a droga hamowania się wydłuży. Na samym początku pracy układu ABS może byś słyszalny wyraźny odgłos zablokowania jednego lub więcej kół, bowiem przy pierwszym rozpoznanym zablokowaniu koła, tzw. czas odpowiedzi układu (czas od momentu stwierdzenia zablokowania do obniżenia ciśnienia w danym kole) jest nieco dłuższy niż przy kolejnych następujących po sobie cyklach regulacji.
Podczas pracy układu ABS charakterystyczne jest:
- pulsowanie pedału hamulca, które proszę traktować jako informację, że układ ABS pracuje - nie występuje ono jedynie w samochodach z elektrohydraulicznymi układami hamulcowymi, np. Toyota Prius;
- słyszalne klekotanie, będące następstwem pracy elektronicznie sterowanych elektrozaworów hydraulicznych.
mgr inż. Stefan Myszkowski
Komentarze (0)