Electronic Stability Program(Controlul electronic al stabilitatii)

Începerea producţiei de serie al programului electronic de stabilitate ESP în Europa cu zece ani în urmă a fost o piatră de hotar în dezvoltarea de sisteme de control de frână. Bosch a fost un actor major în dezvoltarea de conducere a acestui sistem de siguranţă activă şi în 1995, a devenit primul furnizor în întreaga lume pentru ESP.

Numeroase studii recente de credit ESP cu până acum fiind cele mai de succes sistem de siguranţă activă de automobile.

De la începerea producţiei de serie Bosch-a extins continuu, potenţialul de ESP care acum permite integrarea unor noi caracteristici de securitate şi comoditate.

Denumirea tehnica a sistemului este ESP, adica Electronic Stability Program, denumire ce sugereaza destul de bine utilitatea sa. Faptul ca cele mai multe astfel de sisteme instalate pe autovehicule sunt fabricate de Bosch a determinat insa popularizarea sa sub numele ESP, cel pe care producătorul de dispozitive electronice auto l-a instituit inca din 1987, cand a inceput sa-l dezvolte alaturi de Mercedes-Benz.

Mercedes a creat si patentat inca din 1959 un dispozitiv care împiedica pierderea tractiunii roţilor, prin acţionarea asupra frânelor sau motorului.

Și BMW a creat cam in aceeaşi perioada un sistem de control al tractiunii care avea acelaşi rol. Din punctul de vedere al echipării modelelor de serie, putem vorbi despre o noua similitudine, anul 1992 fiind cel in care atat Mercedes, cat si BMW au introdus ESP-ul, ambele fiind realizate cu ajutorul companiei

Robert Bosch GmbH, cea care si-a înregistrat marca ESP. De altfel, in 1995 Bosch a creat primul ESP complet, pus la dispoziţia producătorilor de autovehicule.

Mod de operare:

În timpul conducerii autovehiculului, ESC-ul lucrează în fundal,monitorizând continuu direcţia şi virarea autovehiculului. ESC-ul compară direcţia dorită de şofer (prin măsurarea unghiului de virare) cu direcţia reală a vehiculului (prin măsurarea acceleraţiei laterale, a rotatiei vehiculului si a vitezei de rotaţie a fiecărei roţi, individual).

ESC-ul intervine când detectează pierderea controlului asupra direcţiei, de exemplu atunci când autovehiculul nu se îndreaptă acolo unde 'şoferul comandă vehiculul prin direcţie. Acest lucru se poate întâmpla în timpul manevrelor urgente de evitare a unui obstacol, în supravirare sau subvirare la viraje judecate prost sau pe drumuri alunecoase, în hidroplanare. ESC-ul estimează direcţia derapajului şi apoi frânează individual

roţile asimetric pentru a crea cuplu referitor la axele verticale ale vehiculului, opunându-se derapajului şi aducând vehiculul înapoi pe linia dorită de şofer. Suplimentar, sistemul poate reduce puterea motorului sau să intervină asupra transmisiei pentru a încetini vehiculul.

ESC-ul funcţionează pe orice suprafaţă, de la pavaj uscat până la lacuri îngheţate. Reacţionează şi corectează derapajele mult mai rapid şi mult mai eficient decât şoferul obişnuit, de cele mai multe ori chiar înainte ca şoferul să conştientizeze pierderea iminentă a controlului. Acest aspect a dus la îngrijorarea că ESC-ul va determina şoferii să devină prea încrezători în controlul lorasupra vehiculului şi/sau în abilităţile de şofer. Din acest motiv, de obicei sistemele ESC informează şoferul atunci când intervinpentru ca şoferul să ştie că se apropie de limitele de manevrabilitate ale autovehiculului. Majoritatea ESC-urilor activează o lumină indicatoare de bord si/sau un ton de alertă.Unele sisteme ESC permit în mod intenţionat ca traiectoria corectată a vehiculului să devieze foarte puţin de la traiectoria comandată de şofer, cu toate ca ESC-ul ar permite ca vehiculul să urmeze mai precis comanda şoferului.

Întradevăr, toţi producătorii de sisteme ESC subliniază că ESC-ul nu este un accesoriu de performanţă şi nici nu înlocuieşte practicile unui condus preventiv, ci este mai degrabă o tehnologie de siguranţă pentru a asista şoferul să revină din situaţii periculoase. ESC-ul nu măreşte tracţiunea, deci nu permite o creştere a vitezei în viraje (cu toate că facilitează o virajare cu un control mai bun). Mai general, ESC-ul funcţionează în limitele inerente ale manevrabilităţii vehiculului si în limitele aderenteidintre roţi şi drum. O manevră imprudentă poate depăşi aceste limite, având drept consecinţă pierderea controlului. De exemplu, în scenariul unei hidroplanări severe, roţile pe care ESC-ul le-ar folosi pentru a corecta derapajul pot să nici nu fie în contact cu asfaltul, reducându-i eficienţa.

În Iulie 2004, pe modelul Crown Majesta, Toyota a implementat sistemul VDIM (Vehicle Dynamics Integrated Management), sistem care a încorporat ESC-uri în prealabil independente, şi care funcţionează nu numai după ce un derapaj a fost detectat, dar chiar previne apariţia derapajelelor. Utilizând schimbarea electrică a vitezelor, acest sistem mai avansat poatechiar să modifice treptele de viteză şi nivelele cuplului direcţiei pentru a asista şoferul în manevrele de evitare.

Derapajul - cauza accidentelor

Comisia UE a anunţat intenţia de a impune folosirea obligatorie a sistemului de stabilitate începând cu 2011, în timp ce în SUA a fost deja adoptată o lege care prevede că includerea ESP în dotarea-standard a tuturor autoturismelor este obligatorie începând cu anul de fabricaţie 2012.

Studiile asupra accidentelor rutiere demonstrează că cel puţin 40% din totalul celor soldate cu decese sunt cauzate de deraparea autovehiculelor şi, mai mult, aproximativ 80% din totalul acestor accidente ar fi putut fi evitate prin utilizarea sistemului ESP

Organizaţia Euro NCAP a emis chiar o recomandare insistentă pentru achiziţionarea de autoturisme echipate cu ESC, reprezentanţii acestei organizaţii având cifre exacte despre eficienţa sistemelor de siguranţă. Corespondenţa din Australia, ANCAP, chiar a anuntat că nu va mai acorda 5 stele decât autoturismelor echipate cu ESC.

Părțile componente ale sistemului ESP

Fig.1 Ledul indicator ESP pe bord.Fig.2 Buton on/of ESP.ESP este un sistem destul de inteligent, care lucrează Tnsa Integrat cu dispozitivele electronice computerizate ce controlează un autovehicul.ESP-ul foloseste ca surse de informaţii o serie de senzoriamplasaţi pe diferite componente dinamice ale unui vehicul. în acest fel, în fiecare moment sunt cunoscute viteza de rotaţie a fiecărei roţi, direcţia imprimată de volan şi măsura în care caroseria maşinii respectă întocmai această direcţie.

Fig.11 Montarea senzorilor

Funcţionarea sistemului ESP

Fig.14 Sistemul ESP pe autovehicul

ESP - ul asigură reglarea patinării roţii, impiedică rotirea în gol a roţilor motoare în regim de tracţiune prin frânarea selectivă a unor roţi sau prin reducerea momentului motor furnziat.

ESP-ul garantează păstrarea direcţiei autovehiculului pe şosele alunecoase şi reduce pericolul răsturnării vehiculului atunci când, pe drumuri cu polei, şoferul ia abordează curbele cu viteză sau se angajează în manevre de schimbare a benzii, situaţii în care şansele şoferului de a redresa maşina prin simplă frânare sunt foarte mici.

ESP este un sistem eficient mai ales în segmentul vehiculelor de peste 3,5 tone, ajutând şoferul să menţină controlul asupra maşinii şi să evite accidentele în situaţii critice, în limitele fizice şi legale normale.în prezent, cei mai mulţi constructori au introdus ESP, opţional, pe camioanele lor.

Dispozitivul angrenează un senzor pentru unghiul de viteză, unghiul volanului, acceleraţia transversală, viteza roţilor şi presiunea la frânare.Sistemul ESP funcţionează prin reglarea cuplului motor şi prin frânarea individuală automată a roţilor

ESP acţionează astfel: senzorii de acceleraţie transversală montaţi în ESP măsoară distribuţia puterii la rotii şi verifică stabilitatea la drum. în plus, sistemul înregistrează parametrii mişcării doriţi de conducătorul auto şi parametrii mişcării reale a vehiculului, le compară, şi dacă acestea nu sunt în concordanţă,

ESP percepe diferenţa şi transmite roţilor impulsuri de frânare.

ESP ţine autoturismeul pe o cursa fermă: în timpul virări (poza stanga) fată de roţi rândul său exterior ESP se aplică în mod automat de frână la roata din spate interior.Când virajul este gata şi rotim spre dreapta pentru a evita rotirea autovehiculului ESP se aplică pe roata dreapta faţa (poza dreapta).

Fig.15 Funcţionarea sistemului ESP.

ESP combină într-un singur ansamblu sistemul de frânare anti-blocare ABS cu ESP (controlul acceleraţiei la derapare). De 25 de ori pe secundă, ESP monitorizează şi compară mişcarea reală a vehiculului cu manevrele şoferului şi la primele semne de instabilitate, atunci când şoferul roteşte prea mult sau prea puţin de volan, senzorii ESP detectează această mişcare într-o fracţiune de secundă şi ajută la restabilirea poziţiei vehiculului prin aplicarea selectivă a presiunii de frânare asupra uneia sau a mai multor roţi şi prin intervenţia asupra sistemului motorului.

În prezent toate camioanele sunt dotate, opţional, cu acest sistem.Si cei de la Mercedes folosesc acest sistem chiar pe Mercedes Sprinter - sporind stabilitatea laterală a vehiculului.

ESP este un sistem din dotarea semiremorcilor, care previne răsturnarea ansamblului tractor-remorcă în situaţii critice, chiar

atunci când camionul nu este echipat cu ESP. Necesitatea lui s-a făcut simţită deoarece statisticile arată că până şi şoferii foarte experimentaţi, care cunosc drumurile şi circulă regulamentar, pot face accidente, mai ales când centrul de greutate al vehiculului este situat la înălţime şi favorizează creşterea vitezei. în acest caz, de cele mai multe ori, şoferul observă riscurile prea târziu, dar RSP detectează la timp situaţiile periculoase şi le depăşeşte intervenind asupra frânelor.

RSP este integrat în EBS - ul modulului de frână al tractorului pe semiremorcă. El măsoară acceleraţia laterală cu ajutorul senzorilor de acceleraţie integraţi şi utilizează diferiţi parametri pentru a defini limita la care semiremorca e în pericol să se răstoarne. Când aceasta este atinsă, RSP iniţiază frânareaobligatorie a semiremorcii şi reduce viteza ansamblului până la un nivel aflat sub valoarea critică. Această procedură de control începe chiar înainte ca şoferul să-şi dea măcar seama de pericol.Pentru a se adapta la diferite încărcături şi centre de greutate, RSP recalculează limita critică de fiecare dată când se încarcă semiremorca. El se ajustează, de asemenea, dacă alimentarea cu tensiune este întreruptă sau vehiculul e tras pe dreapta pentru o perioadă mai mare de timp. în primul rând, este definită o valoare de bază folosind greutatea pe axă. Dacă acceleraţia laterală se apropie de această valoare, presiunea de frânare predefinită se aplică roţilor de pe partea interioară a axei, care este mai puţin încărcată. Această presiune de testare este echivalentă cu presiunea aplicată frânei, şi de aceea şoferul nici nu o observă.

Dacă roata începe să se blocheze la această presiune, este indicată o reducere semnificativă a încărcăturii, deoarece se semnalează faptul că vehiculul este pe punctul de a se răsturna.

Sistemul iniţiază frânarea capului tractor şi astfel se rezolvă problema. Dacă viteza roţii nu se modifică, situaţia este definită ca lipsită de riscuri şi sistemul măreşte limita critică pentru a repeta procedura cu o valoare mai ridicată a acceleraţiei laterale, la următoarea curbă.

RSP funcţionează independent de camion, dar oferă o mai mare siguranţă atunci când acesta este echipat cu ESP, ABS care se poate suprapune peste RSP, deoarece intervine şi în sistemul de frânare ai remorcii. Pentru a preveni erorile, sistemul realizează o analiză a valorii limită şi aplică presiunea maximă de frânare detectată de ambele sisteme asupra cilindrilor de frânare a roţilor.

Deoarece presiunea de frânare aplicată de ESP este mai mică decât cea aplicată de RSP, RSP utilizează mai bine deceleraţia posibilă a remorcii, mărind siguranţa.

De exemplu ,motoarele de la Mercedes combinate cu o cutie de transmisie automata (cu cinci trepte) sau mecanica (cu sase

trepte) debitează puteri cuprinse între 150 (E220 CDI) si 300 CP (E500).

Pentru a putea ţine în frau atâţia "cai", Mercedes E- Klasse este echipat cu performantul sistem de frânare electrohidraulic SBC (Sensotronic Brake Control). Acesta are în componenţa sa o unitate centrală electronică - în care sunt înglobate şi funcţiile ABS, ESP - care este în permanentă legătura cu senzori pentru măsurarea vitezei roţilor, acceleraţiei transversale, unghiului de virare.

Sistemul ESP se opune patinarea roţii pe gheaţă sau pe sol umed, prin frânarea roţii care patinează sau prin reducerea momentului motor.

ABS şi ESR sunt doua sisteme de siguranţă si sunt sisteme de bază a maşinilor noi.

Sistemele care acţionează asupra sistemul de frânare a automobilului cum ar fi ABS şi ESP măresc stabilitatea automobilului şi asigură o siguranţă mai mare în condiţii critice de circulaţie.

Electror c Stabi rty Control este de fapt un sistem destul de inteligent, care luoreaza insa integrat cu dispozitivele electronice computerizate ce controleaza un automobil.

Respectând legile ciberneticii, ESP-ul foloseste ca surse de informaţii o serie de senzori amplasaţi pe diferite componente dinamice ale unui vehicul. In acest fel, in fiecare moment sunt cunoscute viteza de rotatie a fiecărei roti, direcţia imprimata de volan si masura in care caroseria maşinii respecta întocmai aceasta direcţie.

Pentru componenta de tractiune exista si sisteme mai simple care doar împiedica una sau mai multe roti sa derapeze. Un ESP integrat va verifica nu doar diferentele dintre viteza unghiulara a roţilor, ci si deplasarea laterala a maşinii. Timpul de răspuns este de obicei de ordinul milisecundelor, astfel ca interventia poate fi considerata destul de promptă. Numai pentru tractiune, acţiunea se rezuma la împiedicarea rotii/rotilor care patineaza sa se mai invarta, astfel fiind posibil un control al direcţiei, similar cu ceea ce face un ABS la franare. In cazul ESC, in ciipa in care se constata derapajul maşinii, sistemul proceseaza informaţiile si actioneaza acolo unde trebuie: frânele intervin pe una sau mai multe roti, individual, pentru a corecta traiectoria, iar motorul este împiedicat sa mai genereze cuplu, eliminandu-se astfel forţele care au generat deplasarea.

De exemplu, daca rotile din fata încep sa derapeze in timpul virajului, producând ceea ce numim subvirare (deplasarea către exteriorul curbei), ESC franeaza roata spate de pe interior, astfel ca traiectoria se corecteaza. Daca derapeaza rotile din spate, adica maşina supravireaza (incepe sa se rasuceasca spre interiorul curbei), ESC franeaza roata fata din exterior, ajustand traiectoria.

De fiecare data acceleraţia este redusa automat pana la atingerea scopului. Simultan, la bordul vehiculului se aprinde

intermitent becul corespunzător ESC, care avertizeaza şoferul ca sistemul se afla in plin proces de funcţionare.

Aproape orice vehicul dotat cu ESC permite decuplarea acestuia de la un buton, becul-martor fiind aprins in acest caz permanent. Decuplarea ESC este utila, de exemplu, in cazul vehiculelor 4x4 care au de depăşit un obstacol dificil, funcţionarea sistemului fiind de natura sa reducă puterea motorului si sa impiedice deplasarea. Suprafeţele pe care poate fi observata cu uşurinţa interventia sistemului de control al stabilitatii sunt asfaltul ud si zapada/gheata.

In ultimii ani, toti producătorii si-au achiziţionat sau creat propriile sisteme de control al stabilitatii, denumirile acestora diferind de la o marca la alta. Uneori si funcţionarea si eficienta lor diferă, insa existenta unui astfel de sistem pe maşina este mult mai importanta pentru siguranţa pasagerilor decât numele sub care este comercializat. Costul unui ESC poate afecta preţul final al maşinii, fiind situat intre 500 si 600 euro si chiar 1.000-1.500 euro. Insa poate fi considerata o investitie mult mai importanta decât cea in aerul conditionat automat sau intr-o vopsea metalizata. Dintre mărcile care utilizeaza altceva decât ESP, putem nota Mitsubishi, cu Active Stabiiity Control (ASC), Volvo - Dynamic Stabiiity and Traction Control (DSTC), Mazda si BMW - Dynamic Stabiiity Control (DSC), Honda - Electronic Stabiiity Control (ESC) si Vehicle Stabiiity Assist (VSA), General Motors - StabiliTrak, Nissan - Vehicle Dynamic Control (VDC), Toyota - Vehicle Stabiiity Control (VSC).

Comisia UE a anuntat intentia de a impune folosirea obligatorie a sistemului de stabilitate începând cu 2011, in timp ce in SUA a fost deja adoptata o lege care prevede ca includerea ESP in dotarea-standard a tuturor autoturismelor este obligatorie incepand cu anul de fabricaţie 2012.

Aceste decizii nu sunt intamplatoare, avand in vedere ca studiile asupra accidentelor rutiere demonstrează ca cel puţin 40% din totalul celor soldate cu decese sunt cauzate de

deraparea autovehiculelor si, mai mult, aproximativ 80% din totalul acestor accidente ar fi putut fi evitate prin utilizarea sistemului ESP. Potrivit cercetătorilor de la Universitatea Koln, in Europa ar fi putut fi evitate, in 2007, prin folosirea pe scara larga a ESP, un număr de 4.000 de decese si 100.000 de raniti.

Scheme de montaj a ESP-ului

Principiu de funcţionare a senzorului de acceleraţie lateral

Structura senzorialii: Senzorlul este în principal format din trei parti, unul sau doi senzori de poziţie, un receptor şi un corp compact (Fig.20).

Principiu de funcţionare: Principiu de funcţionare se bazeaza pe fenomenul Hali.

Fig.23 Principiu de funcţionare al senzorului.

1. Conductori;2. Hali sensor;3. Magneţi;4. Camp magnetic;5. Sursa de current.

Senzorii de acceleraţie permit măsurarea acceleraţiilor dinamice (datorate vibraţiilor) sau statice (determinate de gravitaţie) ale unui solid după una sau mai multe direcţii.

5.3.5. Cilindru master

În Figura 5.16 este prezentat un cilindru master dublu sau în tandem la care ambele pistoane au același diametru. Presiunea produsă de circuitul pistonului tachet este egală cu presiunea produsă de circuitul pistonului flotant.

Cilindrul master cu canal in trepte ca cel din Figura 5.17 lucrează ca un cilindru dublu normal, diferând doar secțiunea transversală a cacasei principale a cilindrului master față de cea secundară.

Deoarece ambele pistoane sunt apăsate cu forțe egale, pistonul cu camera mai mică produce o presiune mai mare in sistem.

Secțiunea in trepte va fi destinată in general frânei disc a vehiculului si poate fi folosit doar la frâna cu dublu circuit.

1. rezervor;2. rezervor secundar;3. gaură de compensare;4. arc de revenire;5. cupă principală;6. piston secundar;7. cupă secundară;8. opritorul pistonului;9. arc de revenire;10. cupă principala;11. piston principal;12. cupa secundară;13. tachet hidraulic;14. inel de siguranță;15. canalul de by-pass;16. rezervor principal;17. canal de compensare principală.

5.3.6. Cilindru master cu canal ajustabil

Cilindru master ajustabil a fost dezvoltat pornind de la cilindrul master de bază cu canal in trepte .

În Figura 5.18 este prezentat un model de cilindru master cu canal in trepte. Cilindrul master este in tandem sau dublu circuit cu un al treilea piston adăugat tachetului si pistonului flotant. Este folosită o valvă de control magnetică care face legătura între al treilea piston și pistonul flotant cu lichidul de frână sau direct între pistonul tachetului și pistonul al treilea.

Cand este conectat la rezervor, al treilea piston transmite forța direct către pistonul flotant. În alte cazuri al treilea piston este eliminat funcțional și forța se transmite hidraulic.

În Figura 5.19 este prezentată o diagramă respectând o presiune caracteristică a sistemului de frânare. Cele două curbe a presiunei de frânare oferă un echilibru optim a frânarii intre roțile din față și cele din spate.

Când camera 3 nu este conectată la rezervor, presiunea p1 din camera a pistonului tachet este dată de relația :

p1=F PR/Amcl[N] (5.1)

Unde :Amcl=¿secțiunea transversală a camerei 1 a cilindrului master [cm2]

FPR=forța pistonului tachet.

Presiunea din camera 2 a pistonului flotant este aceiași ca și în camera 1 a pistonului tachet calculat cu relația:

p2=FPR/ Amcl [N ] (5.2)

Unde : -Amcl=aria secțiunii transversale a camerei 2 a cilindrului master [cm2]

-FPR=forța pistonului tachet [N];

În alte situații camera 3 este conectată la rezervor determinând astfel o presiune atmosferică în aceasta.

Al treilea piston transmite mecanic forța F3:

F3=p1∗¿Amc 3¿[N]; (5.3)

Asupra pistonului flotant , producând presinea in camera 2:

p23=F3

Amc 2=p1 Amc3

Amc 2[N/cm2 ¿ ;(5.3)

Unde:

-Amc 2=aria secțiunii transversale a camerei 2 ¿]

-Amc 3=aria secțiunii transversale a camerei 3 ¿]

Ca și cilindrul master in trepte ,cel ajustabil poate fi folosit doar pentru sistemele de frânare cu circuit dublu la multe autovehicule de pasageri cu tracțiune spate.

Cilindrul master cu cameră ajustabilă este folosit la vehiculele moderne cu sistem ABS pentru toate cele patru roți .

Când supapa magnetică este alimentată, este crescută forța de frânare asupra roților din spate intrebuințând astfel eficiența frânarii roților din spate.

Orice eventuală blocare a roților spate este prevenită de ABS. În cazul unui defect al sistemului ABS supapa magnetică a cilindrului master este deconectată, folosind cilindrul master să funcționeze dupa o altă curbă. Rezultatul este o blocare a roților din față inaintea celor din spate ,obținându-se manevra de frânare mai stabilă in cazul în care frâna e acționată.

Calculul volumului lichidului de frână

Analizând relația deceleratiei (5.4) se observă că decelerația vehiculului creste odată cu presiunea din sistemul de frânare.

Presiunea din instalația de frânare crește odată cu scaderea suprafeței secțiunii transversale a cilindrului master.

Totodată o creștere a suprafeței secțiunii transversale a cilindrilor ,crește decelerația vehiculului ,dar scăderea secțiunii

transversale a cilindrului master va reduce cantitatea de lichid de frână transmis cilindrilor receptori.

Creșterea suprafeței transversale a cilindrilor receptori va necesita o marime a cantității de lichid de frână transmis de la cilindrul master pentru o frânare in siguranță.

a=(2WR

)[(Awc∗BFr∗ηc ¿∗PF∗¿-p0)*PF+(Awc∗BFr∗ηc

)*PS*(pl−p0)*PS] ; [m/s2 ¿ (5.4)

Calculul volumului lichidului de frână stabilește cantitatea minimă de lichid de frână transmisă de cilindrul master astfel ca toate elementele sistemului de frână care necesită un anumit volum de lichid de frână să funcționeze corect și cursa pedalei de frână să nu depașească o valoare maximă de siguranță.

Frâna hidraulică folosește principiul egalei presiuni prin instalația de frânare.

În Figura (5.20) este prezentat un astfel de sistem

Pistonul din stânga creează presiune in lichidul de frână de o valoare dată reprezentată de forța aplicată la pedală de catre șofer.

Celelalte 8 pistoane din dreapta reprezintă cilindrii receptori ai roților. Daca acestea au aceiași arie a secțiunii transversală ca și pistonul din stânga, atunci fiecare din cele 8 pistoane suportă o masă 445[N] sau 355 [N] pentru toate cele 8 pistoane.

De exemplu pentru o deplasare de 203 [mm], cele 8 pistoane se vor deplasa doar 25,4 [mm]. Dacă aria secțiunii transversale a unui singur piston ar fi micșorată, a fi necesară o forță mai mică pentru a produce aceeasi presiune, și totodată forța de ridicare a celor 8 cilindri. Datorită acestei schimbari, cele 8 pistoane se vor deplasa pe o distanță corespunzător mai mică.

Se dau urmatoarele date:- Diametrul cilindrului master :19.05[mm];- Cursa pistonului 36 [cm];- Diametrul cilindrului receptor al frânei disc spate

3.81[cm];- Volumul cilindrului master este de 10.01[cm3 ¿;- Lichidul de frână dezlocuit de ce 4 cilindri

receptori ai roților este : 4*(25.6+11.4)=148[cm2 ¿

- Cusa medie a cilindrilor receptori este :10.1/148=0.068[cm]=0.68[mm].

Dacă cilindrii receptori ai roților depășesc reducerea cursei maxime de 0.68[mm] determinată de cilindrul master datorită, de exemplu, prezenței aerului in sistemul de frânare, pedala va ajunge la podea, frâna va creea presiune in sistem sau creeând foarte puțină presiune in sistem, frâna devenind ineficientă.

O cerință importantă a proiectarii frânei disc sau o frână tambur este reprezentată de cursa pistoanelor cilindrilor receptori pentru o funcționare in siguranță a frânei. Această cerință poate fi indeplinită de un reglaj automat.

Pentru ințelegerea deplină a importanței cursei minime a pistoanelor cilindrilor receptori și felul cum afectează celelalte componente ale sistemului de frânare s-a recurs la calculul efectiv.

Pentru a simplifica calculul se consideră ca toate roțile au sistemul de frânare identic. Forța de frânare totală avehiculului se determină :

F xtotal=nB ( pl−p0 )∗Awc∗ηc∗BF∗( rR

)[N] ; (5.5)

Unde:- BF=coeficient de frânare;- nB=numarul roților frânate;- pl=presiunea din sistem [N/cm2 ¿;- p0=preiunea de aducere in contact a placuțelor

cu discul sau a saboților cu tamburul, presiunea inițială ; [N/cm2 ¿

- r=raza tamburului sau a discului [mm];- R=raza roții [mm];- Awc=aria cilindrului roții [cm2];- ηc=randamentul cilindrilor roții;

Aplicând a doua lege a lui Newton relatiei (5.5) obtinem:

aw=nB ¿) [N]; (5.6)

Unde:- a= decelerația [m/s2 ¿ ;- w=masa vehiculului [N];

Raportată la forța aplicată pedalei de frână, relația (5.7) deduce:

aw=nB(F pl pη pB

Amc

¿ AwcηcBF( rR

)[N]; (5.7)

Unde:- B=raportul servofrânei- l p=raportul pedelei de frână;- ηp=randamentul pedalei de frână;

Volumul Vmc produs de cilindrul master este :

V mc=Amc*X=ns*Awc∗d [cm]; (5.8)

Sau

Awc

Amc

= Xns∗d

(5.9)

Unde:- Amc=¿aria secțiunii transversale a cilindrului

master [cm];d=cursa cilindrului receptor [cm];- ns=numarul placuțelor de frâna;- X=cursa pistonului cilindrului master [cm];

Din relația (5.8) și (5.9) rezultă:

aw=F p*l p∗B∗ηp∗ηc (Xd

)BF(rR

¿¿) [N]; (5.10)

Unde:- a=decelerația [m/s2];F p=forța la pedală [N];- w=greutatea automobilului [N];

- l p=bFX

;bF=cursa pedalei [cm ] ;

- lp= raportul pedalei de frână;- B=raportul servofrânei;

-Xd

=raportul hidraulic;

- Bf=coeficient de frânare;

-rR

=raportul razelor;

-nBnS

=raportul saboților;

Creșterea raportului servofrânei poate crea probleme in cazul apariției unui defect în concordanță cu standardele de siguranță. Creșterea raportului pedalei sau a cursei pistonului cilindrului master necesită o cursă prea mare a pedalei de frână.

Creșterea coeficientului de frânare duce la o variație a momentului de frână și ulterior a unui dezechilibru stânga dreapta sau față spate a frânarii. Creșterea tamburului sau a discului de frână este limitat dimensiunea jantei. Micșorarea razei roții este limitată de capacitatea incărcăturii cerută de masa maximă a vehiculului.

5.4.3 Calculul volumului cilindrului master

Volumul lichidului de frână transmis de cilindrul master ,trebuie să fie suficient de mare astfel ca toate componentele sistemului de frână acționate prin lichid să funcționeze corect și cursa la pedală să nu depașească valoarea maxima de 8.99[cm],pentru o decelerare intre 0.9-1.

Dimensionarea secțiunii transversale a cilindrului master reprezintă criteriul de performanță al frânării in cazul unui defect al servofrânei.

În calculul ariei sectiunei transversale a cilindrului master ca in considerare presiunii inițiale de alunecare in contact a plăcuțelor de frână cu discul sau a saboților cu tamburul.

Amc=2F p∗l p∗ηp∗ηc [ ( Awc∗BFr )+( Awc∗BFr )∗SL]

awr−2 ( Aw BFr ) s∗pK (1−SL)ηc

[cm2 ¿(5.11)

Unde:- F p=forța la pedală[N];- l p=raportul pedalei de frână;- pK=presiune[N/cm2];- ηc=randamentul cilindrului roții;- ηp=randamentul pedalei de frână;

Cursa pistonului cilindrului master Smc este dată de relația :

Smc=S p

l p[cm] ; (5.12)

Unde: - Sp=cursa maximă a pedalei; [cm]

Din relațiile (5.11) și (5.12)se determină volumul maxim al cilindrului master:

V mcmax=2Sp∗F p

aWR∑❑

n

( Awc∗BFr ) FR[cm3 ¿; (5.13)

Volumul de lichid de frână determinat de relația (5.13) trebuie să satisfacă cerința de volum de lichid pentru toate elementele sistemului de frânare.

5.4.4. Calculul cursei pedalei de frână

Pentru calculul presiunii efective din sistemul de frânare și a cursei pedalei de frână se consideră o decelerație de 0.9[m/s2].

Cursa la pedală Sp este determinată de :

Sp=[(∑ viAmc

)+lo ]l p (5.14)

Unde :- Amc=aria secțiunii transversale a cilindrului

master [cm2 ¿;- lo=cursa cilindrului master pentru a compensa

jocurile ;- l p=raportul pedalei de frână;- Vi=consumul volumului de lichid pentru fiecare

componentă[cm3];

Valoarea cursei pedalei nu trebuie să depășească valoarea de 8.9[cm] sau maxim 15.2[cm] reprezentând 60% din maxim cu frânele reci.

Se dau următoarele date:- masa vehiculului :16458[N];- diametrul cilindrului

roții ,față:10.16[cm],spate:10.41[cm];- coeficientul de frânare :față 0.76; spate 0.70;- raza cauciucului :31.75[cm];- raportul pedalei de frână:4.2;- cursa pedalei:12.7[cm];- randamentul pedalei :80%;- lungimea conductei de frână :660[cm];- lungimea furtunului de frână:152[cm];- uzura placuțelor :0.38[cm];- valoarea inițială a volumului de lichid de

frână:197[cm3];- valoarea aerului rezidual din instalația de

frână:4.1[cm3];- presiunea supapei de proporționare:207[N/cm2 ¿;- jocuri din sistem:0.00508[cm];- sistemul este cu servofrână cu vacuum;

Calculul ariei secțiunii transversale a cilindrului master se efectuează considerând că servofrâna este defectă .

Se consideră că o forță de apăsare a pedalei de 445[N] trebuie sa produca o decelerație de minimum 0.3 [m/s2].

Înlocuind în relația (5.15) a ariei secțiunii transversale a cilindrului master vom obține :

Amc=

2 (445 ) ( 4.2) (0.8 ) [25.6 (0.76 ) (10.16)+11.41 (0.7 ) (10.41) (0.3 )](0.98)0.3 (16.458 ) (31.75 )−2 (11.4)(0.7)(10.41)(207)(1−0.3)(0.98 )

=4.9 [ cm¿¿ 2]¿(5.15)

În tabelul 5.1 sunt prezentate dimensiunile nominale pentru producătorii de cilindri master in concordanță cu dimensiunile minime ale pistonului.

De exemplu aria de 4.9¿¿] necesită un cilindru master de 25.4[mm] cu o arie a suprafeței transversale de 5.064[cm¿¿2]¿.

Cursa pistonului cilindrului master Smc este calculat cu relatia:

Smc=12.74.2

[cm] (5.16);

Volumul efectiv al cilindrului master este 5.064*2.82=14.3[cm3].

Cursa pistonului cilindrului master este de aproximativ 2[mm] pentru a compensa jocurile din sistem.

Calculul individual al cursei pistoanelor cilindrilor receptori se află cu :

Față:dmin F=BF=0.76[mm];Spate:dmin S=BF=0.70[mm];

Volumul de lichid de frână Vf necesar frânei disc pentru a aduce in contact plăcuțele cu discul, deformația etrierului și expansiunea furtunelor se determină cu :

V f=4 [25.65 (0.076 )+11.4 (0.07 ) ]=11 [cm3 ];(5.17)

Cilindrul master determinat are 14.7[cm3 ¿ necesitatea sistemului fiind de doar 11[cm3 ¿; in continoare se va determina cursa pedalei.

Cursa pedalei de frână se obține din relația de calcul a presiunii din instalația de frânare se obține combinând relatiile 5.3 și 5.11 neglijând presiunea la roțile spate :

pl= ( Awr

2 )−pk (1−SL ) ( Awc∗BF∗ηc) S

(Awc∗B F r∗ηc ) f +( Awc∗B F r∗ηc) S∗SL[N/cm2 ¿;(5.18)

Unde :- a=decelerația [m/s2 ¿;- Awc=¿aria cilindrului roții[cm2 ¿;- BF=coeficient de frână;- pk=presiune [N/cm2 ¿;- pl=presiunea din instalația de frânare [N/cm2 ¿;- R=raza roții [mm];- SL=supapa de suprapresine;- M=masa vehiculului[N];- ηc=randamentul cilindrului roții.

Înlocuind in relația de mai sus vom obține :pl=

[ 0.9 (16.458 ) (31.75 )2 ]−207(1−0.3)(11.4)(0.7)(10.41)(0.98)

25.6 (0.76 ) (10.16 ) (0.98 )+11.4 (0.7)(10.41)(0.98)(0.3)1024 [ N

cm2]

; (5.19)

Calculul perderilor individuale de volum de lichid de frână

1. Volumul necesar aducerii placuțelor in contact cu discul:

V PC=4 (0.0058 ) (25.6+11.4 )=0.752 [cm¿¿3];¿ (5.20)

2. Volumul necesar pentru dilatarea instalației de frânare:

V BL=00.6 (10−6 ) (660 ) (1024 )=0.405[cm¿¿3];¿ (5.21)

3. Volumul consumat cu dilatarea furtunelor de frână:

V H=4.39∗10−6∗(152 ) (1024 )=0.68[cm¿¿3];¿ (5.22)

4. Volumul pierdut prin dilatarea cilindrului master :

V mc=220∗10−6 (1024 )=0.2252[cm¿¿3];¿ (5.23)

5. Deformația etrierului pentru frânele disc ale roților din față:

K c=2 (1120.2) (10−6 ) (5.71 )−(1.632 ) ( 10−6 )=1120.2[ cm3

Ncm2 ];(5.24 )

Pierderile de volum datorită dilatărilor etrierilor din față:

V c=2 (1120.2) (10−6 ) (1024 )=2.29 [cm¿¿3 ]; (5.25)¿

Similar pentru etrierele din spate :

V c=0.61 [cm¿¿3 ];¿ (5.26)

6. Compresiunea plăcuțelor:

CS=18.5∗10−6[cmN

cm2

¿ ;(5.27)

Pentru plăcuțele față :V PF=4 (25.6 ) (18.5 ) (10−6 ) ( 453 )=0.382 [cm¿¿3 ]¿

(5.28)Pentru placuțele spate :V PS=4 (11.4 ) (18.5 ) (10−6 ) (1024 )=0.864[cm¿¿3];(5.29)¿

7. Compresia lichidului de frână Volumul ariei de lichid de frână Va se determină cu :

V A=197+4 (25.6+11.4 ) (0.38 )=253.2[cm¿¿3];(5.30)¿

Pierderea de volum de lichid datorită compresieilichidului este calculată pentru o tema practică de 294oK cu :

CFl=4.35∗10−6[ cm3

Ncm2 ] (5.31 )

V F= (253.2 ) ( 4.35 ) ( 10−6 ) (1024 )=1.128[cm¿¿3];(5.32)¿

Diferența de presiune dintre puntea față și puntea spate datorată supapei de proporționare este neglijată.

8. Aerul rezidual din sistemul de frânare:

Pentru frânele reci aerul rezidual are valoarea de 4.1[cm¿¿3]¿ la presiune atmosferică.

După calculul tuturor pierderilor de volum la o presiune in sistemul de frânare de 1024 [N/cm2 ¿ pierderea totala de volum este :

V T=∑V i=12.48 [cm¿¿3 ];¿(5.33)

Cursa pedalei de frână Sp necesară producerii unei presiuni de 1024 [N/cm2 ¿ si pentru a produce o suficientă a pistonului cilindrului master pentru a satisface toți consumatorii de volum de lichid de frână din sistemul de frânare, se determina cu relația urmatoare:

Sp=( 12.1485.069

+0.2)4.2=10.9 [cm ] ;(5.34 )

Daca cursa pedalei depașeste valoarea maximă trebuie adoptată urmatoarea valoare mai mare din tabel și se reface calculul.

Unitatea de control ABS cu EDL, releu lampă frână, intrerupator lampă frână și buton pentru TCS si ESP

E256 – buton pentru TCS și ESP;F - întrerupător lampă frână;J104 - unitate control ABS;J419 - releu adițional lampă frână;L71 - bec iluminare buton tcs;SB9 - sigurnta 9 din panoul de siguranță;SB35 - siguranța 35 din panoul de siguranță;SC12 - siguranța 12 din panoul de siguranță;SD17 - siguranța 17 din panoul de siguranță;T2af - conector negru cu 2 pini din compartimentul motor;T10f - conector verde cu 10 pini din compartimentul motor;T10K - conector mov cu 10 pini din compartimentul motor;T47 - conector cu 47 de pini;366 - legare la masa 1 in instalația principală;368 - legare la masa 3 in instalția principală;369 - legare la masa 4 in instalația principală;637 - masa unității de control a airbag-ului;B131 - conexiunea 54 in instalația electrică interioară;B340 - conexiunea 1 (58d) in instalația electrică principală;B341 - conexiunea 2 (58d) in instalația electrică principală;D52 - conexiunea +(15a) in instalația electrică a compartimentului motor.

Unitatea de control a ABS-ului, senzorul de turație a roții din stânga

G46 -senzor de viteză a roții stanga spate;G47 -senzor de viteză a roții stânga față;J104 –unitatea de control a ABS-ului;T6be –conector gri cu 6 pini;T10k –conector mov cu 10 pini din compartimentul motor;T10s -conector maro cu 10 pini de sub scaunul soferului;T47 -conector cu 47 de pini;W75 -conexiunea 3 a releului in instalația electrică din spatele vehiculului;W76 -conexiunea 4 a senzorului in instalația electrică din spatele vehiculului;

ws=alb; br=maro; sw=negru; ro=rosu; gn=verde;rs=roz:bl=albastru; gr=gri; li=mov; ge=galben; or=portocaliu

Unitatea de control a ABS-ului senzorul de turație a roților din dreapta

G44 -senzor de viteză a roții din dreapta spate;G45 - senzor de viteză aroții din dreapta față;J104 – unitatea de control a ABS-ului;T10k –conector mov cu 10 pini din compartimentul motor;T10s -conector maro cu 10 pini de sub scaunul soferului;T47 -conector cu 47 de pini;W23 -conexiunea 1 a senzorului in instalația electrică din spatele vehiculului;W24 -conexiunea 2 a senzorului in instalația electrică din spatele vehiculului;ws=alb; br=maro; sw=negru; ro=rosu; gn=verde;rs=roz:bl=albastru; gr=gri; li=mov; ge=galben; or=portocaliu.