Λύσεις — Σύγχρονα Συστήματα Πέδησης (σελ. 195-226) – ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟΥ Γ΄ ΕΠΑΛ

Λύσεις — Σύγχρονα Συστήματα Πέδησης

Λύσεις στο απαντήσιμο τμήμα των εργασιών των Ασκήσεων 30-37: σερβομηχανισμός πέδησης και οι τρεις διακόπτες ελέγχου του, σύστημα ABS (λειτουργία, σύγκριση Bosch/Teves, κυματομορφή αισθητήρα στροφών), σύστημα BAS (E.V.A. Bosch vs ηλεκτρονικό BAS Mercedes), σύστημα ASR. Οι Ασκήσεις 35 και 37 εξαιρέθηκαν, καθώς οι αντίστοιχες εργασίες τους ζητούν αποκλειστικά συλλογή πληροφοριών για συστήματα άλλων εταιρειών/μοντέλων, εκτός της θεωρίας των συγκεκριμένων ασκήσεων.

Λειτουργία συστήματος πέδησης με σερβομηχανισμό

Ερώτηση: Να περιγράψετε τη βασική λειτουργία του συστήματος πέδησης με σερβομηχανισμό και των επί μέρους αυτού εξαρτημάτων.

Απάντηση:

• Να περιγράψετε τη βασική λειτουργία του συστήματος πέδησης με σερβομηχανισμό και των επί μέρους αυτού εξαρτημάτων.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Το σύστημα πέδησης με σερβομηχανισμό είναι ένα υδραυλικό σύστημα φρένων στο οποίο η δύναμη που ασκεί ο οδηγός στο πεντάλ ενισχύεται από το σερβόφρενο, ένα βοηθητικό μηχανισμό που χρησιμοποιεί την υποπίεση του κινητήρα για να αυξήσει την πίεση στο υδραυλικό κύκλωμα των φρένων, ώστε το αυτοκίνητο να φρενάρει καλύτερα και με λιγότερη κόπωση του οδηγού. Πέρα από το ίδιο το σερβόφρενο και το βασικό υδραυλικό κύκλωμα πέδησης, το σύστημα περιλαμβάνει τρεις βασικούς ηλεκτρικούς μηχανισμούς που πληροφορούν τον οδηγό μέσω ενδεικτικών λυχνιών: τον διακόπτη ελέγχου στάθμης των υγρών φρένων, τοποθετημένο στο δοχείο τους, ο οποίος ανάβει τη λυχνία όταν η στάθμη πέσει κάτω από το ελάχιστο επιτρεπόμενο όριο (λόγω απώλειας υγρών ή φθοράς φρένων)· τον διακόπτη του χειρόφρενου, στη βάση του χειρόφρενου, που ανάβει τη λυχνία όσο το χειρόφρενο παραμένει τραβηγμένο, προειδοποιώντας τον οδηγό να μην ξεκινήσει με τραβηγμένο χειρόφρενο· και τον διακόπτη των φώτων στοπ, στη βάση του πεντάλ φρένου, που κλείνει το κύκλωμα των φώτων στοπ μόλις πατηθεί το φρένο, ενημερώνοντας τον πίσω οδηγό. Όλα αυτά τα εξαρτήματα συνδέονται ηλεκτρικά σύμφωνα με το αντίστοιχο ηλεκτρολογικό διάγραμμα του αυτοκινήτου.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Το σερβόφρενο ενισχύει με υποπίεση κινητήρα τη δύναμη πέδησης του οδηγού· βασικοί ηλεκτρικοί μηχανισμοί: διακόπτης στάθμης υγρών φρένων, διακόπτης χειρόφρενου, διακόπτης φώτων στοπ, καθένας με τη δική του ενδεικτική λυχνία

Λειτουργία διακοπτών στάθμης, χειρόφρενου και φώτων στοπ

Ερώτηση: Να περιγράψετε τη βασική λειτουργία του συστήματος και των επί μέρους αυτού εξαρτημάτων.

Απάντηση:

• Να περιγράψετε τη βασική λειτουργία του συστήματος και των επί μέρους αυτού εξαρτημάτων.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Σε κάθε υδραυλικό σύστημα πέδησης με σερβομηχανισμό χρησιμοποιούνται τρεις βασικοί μηχανισμοί-διακόπτες που πληροφορούν τον οδηγό για την κατάσταση του συστήματος: ο διακόπτης στάθμης υγρών φρένων, ένας μηχανισμός τύπου «φλοτέρ-διακόπτη» (reed switch) μέσα στο δοχείο υγρών φρένων· οι επαφές του ανοιγοκλείνουν καθώς περνάει μπροστά τους ένας μόνιμος μαγνήτης στερεωμένος στο φλοτέρ, και όταν η στάθμη πέσει κάτω από το ελάχιστο επιτρεπόμενο όριο (λόγω απώλειας υγρών φρένων ή υπερβολικής φθοράς των φρένων), ο διακόπτης κλείνει το κύκλωμα και ανάβει η ενδεικτική λυχνία. Ο διακόπτης του χειρόφρενου, ένας απλός μηχανικός διακόπτης στη βάση του χειρόφρενου, κλείνει το κύκλωμα και ανάβει η ενδεικτική λυχνία όταν το χειρόφρενο είναι τραβηγμένο, προειδοποιώντας τον οδηγό να μην ξεκινήσει με τραβηγμένο το χειρόφρενο. Ο διακόπτης των φώτων στοπ, επίσης απλός μηχανικός διακόπτης, βρίσκεται στη βάση του πεντάλ του φρένου και κλείνει το κύκλωμα των φώτων στοπ μόλις ο οδηγός πατήσει το φρένο, ώστε αυτά να ανάψουν. Και οι τρεις διακόπτες ελέγχονται με τον ίδιο απλό τρόπο, όπως ελέγχεται κάθε κοινός διακόπτης: με ωμόμετρο στις δύο άκρες του πολύπριζου/διακόπτη, ελέγχοντας αν το κύκλωμα δείχνει εναλλάξ συνέχεια και ασυνέχεια καθώς ο μηχανισμός ενεργοποιείται και απενεργοποιείται.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Διακόπτης στάθμης υγρών φρένων (φλοτέρ-reed switch), διακόπτης χειρόφρενου και διακόπτης φώτων στοπ (απλοί μηχανικοί διακόπτες)· ελέγχονται με ωμόμετρο (συνέχεια/ασυνέχεια)

Λειτουργία ABS και σύγκριση Bosch με Teves

Ερώτηση: Να περιγράψετε τη βασική λειτουργία του συστήματος και των επί μέρους εξαρτημάτων του. Να φέρετε πληροφορίες σχετικά με τις ομοιότητες και τις διαφορές που έχει ένα αντιπλοκαριστικό σύστημα πέδησης Bosch και ένα σύστημα Teves.

Απάντηση:

• Να περιγράψετε τη βασική λειτουργία του συστήματος και των επί μέρους εξαρτημάτων του. Να φέρετε πληροφορίες σχετικά με τις ομοιότητες και τις διαφορές που έχει ένα αντιπλοκαριστικό σύστημα πέδησης Bosch και ένα σύστημα Teves.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Το αντιπλοκαριστικό σύστημα πέδησης A.B.S. επιτρέπει στον οδηγό ασφαλές και γρήγορο φρενάρισμα ακόμη και σε δυσμενείς συνθήκες (ολισθηρό οδόστρωμα): αναγνωρίζει έναν ή περισσότερους τροχούς που τείνουν να μπλοκάρουν και ρυθμίζει την πίεση των υγρών φρένων ώστε αυτή να παραμένει σταθερή ή να μειωθεί, ανεξάρτητα από τη δύναμη που ασκεί ο οδηγός στο πεντάλ. Τα βασικά εξαρτήματα κάθε συστήματος ABS είναι η ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου (ECU, με κύκλωμα λειτουργίας, κύκλωμα ελέγχου και κύκλωμα αυτοδιάγνωσης), η ηλεκτροϋδραυλική μονάδα (ρυθμίζει την πίεση σε κάθε κυλινδράκι φρένων με τρεις δυνατές ενέργειες: μείωση, διατήρηση ή αύξηση της πίεσης) και οι αισθητήρες τροχών (παλμογεννήτριες επαγωγικού τύπου που παράγουν τάση ανάλογη με την ταχύτητα περιστροφής κάθε τροχού). Όσον αφορά τη σύγκριση ανάμεσα σε ένα σύστημα Bosch (π.χ. Bosch 2E) και ένα σύστημα Teves, η βασική τους ομοιότητα είναι ότι χρησιμοποιούν σχεδόν τα ίδια βασικά εξαρτήματα και κοινές αρχές λειτουργίας (ίδιος στόχος: αποτροπή μπλοκαρίσματος τροχών μέσω ελέγχου της υδραυλικής πίεσης). Η βασική τους διαφορά είναι κατασκευαστική: στο σύστημα Bosch η ηλεκτροϋδραυλική μονάδα και η κύρια αντλία φρένων είναι τοποθετημένες ξεχωριστά η μία από την άλλη, ενώ στο σύστημα Teves οι δύο αυτές μονάδες είναι τοποθετημένες διαδοχικά, μέσα στο ίδιο σώμα/περίβλημα. Και στα δύο συστήματα πάντως οι δύο μονάδες συνεργάζονται τόσο κατά το κανονικό φρενάρισμα όσο και κατά το αντιπλοκαριστικό.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Το ABS αναγνωρίζει τάση μπλοκαρίσματος τροχού και ρυθμίζει την πίεση φρένων (μείωση/κράτημα/αύξηση) μέσω ECU+ηλεκτροϋδραυλικής μονάδας+αισθητήρων τροχών· Bosch: ηλεκτροϋδραυλική μονάδα και αντλία φρένων ξεχωριστά· Teves: οι δύο μονάδες ενοποιημένες στο ίδιο σώμα

Κυματομορφή αισθητήρα ταχύτητας στροφών: διάκενο και σπασμένο δόντι

Ερώτηση: Να σχεδιάσετε την κυματομορφή από την παραγόμενη τάση του αισθητήρα ταχύτητας στροφών: α) δίνοντας διάφορες τιμές στο διάκενο μεταξύ του αισθητήρα και του οδοντωτού τροχού β) όταν ένα δόντι του οδοντωτού τροχού είναι σπασμένο.

Απάντηση:

• Να σχεδιάσετε την κυματομορφή από την παραγόμενη τάση του αισθητήρα ταχύτητας στροφών: α) δίνοντας διάφορες τιμές στο διάκενο μεταξύ του αισθητήρα και του οδοντωτού τροχού β) όταν ένα δόντι του οδοντωτού τροχού είναι σπασμένο.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ο αισθητήρας ταχύτητας στροφών του ABS είναι επαγωγικού τύπου: παράγει μια περιοδική, σχεδόν ημιτονοειδή τάση κάθε φορά που ένα δόντι του οδοντωτού τροχού περνά μπροστά από την άκρη του, με το πλάτος (ύψος) κάθε παλμού να εξαρτάται άμεσα από το διάκενο μεταξύ αισθητήρα και οδοντωτού τροχού. (α) Καθώς δίνουμε διαφορετικές τιμές στο διάκενο, η κυματομορφή διατηρεί την ίδια συχνότητα (που εξαρτάται μόνο από τις στροφές του τροχού) αλλά αλλάζει το πλάτος της: με μικρό διάκενο (μέσα στα όρια, π.χ. κοντά στα 0,6 mm) το μαγνητικό πεδίο είναι ισχυρότερο και η κυματομορφή εμφανίζεται με μεγαλύτερο πλάτος (ψηλότερες κορυφές)· καθώς το διάκενο μεγαλώνει προοδευτικά (προς τα 1,2 mm και πέρα), το πλάτος της τάσης μειώνεται σταδιακά, μέχρι το σημείο που, αν το διάκενο ξεπεράσει το ανώτατο επιτρεπτό όριο, το σήμα γίνεται τόσο ασθενές ώστε η ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου να μην μπορεί πλέον να το αναγνωρίσει αξιόπιστα, με αποτέλεσμα λανθασμένη ή ανύπαρκτη ένδειξη ταχύτητας του συγκεκριμένου τροχού. (β) Αν ένα δόντι του οδοντωτού τροχού είναι σπασμένο, τότε σε εκείνο το σημείο της περιστροφής δεν υπάρχει μεταβολή του μαγνητικού πεδίου όπως θα περίμενε ο αισθητήρας, οπότε στην κατά τα άλλα κανονική, περιοδική κυματομορφή θα εμφανιστεί μια απότομη ασυνέχεια: ένα «κενό» ή παραμορφωμένος/λείπων παλμός ακριβώς στη θέση του σπασμένου δοντιού, το οποίο επαναλαμβάνεται μία φορά σε κάθε πλήρη περιστροφή του τροχού — αυτή η χαρακτηριστική περιοδική ασυνέχεια είναι που επιτρέπει τη διάγνωση σπασμένου δοντιού στον οδοντωτό τροχό.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• (α) Μεγαλύτερο διάκενο → μικρότερο πλάτος τάσης (ίδια συχνότητα)· εκτός ορίων το σήμα γίνεται μη αναγνωρίσιμο. (β) Σπασμένο δόντι → επαναλαμβανόμενη ασυνέχεια/κενό παλμού στην κυματομορφή, μία φορά ανά περιστροφή τροχού

Λειτουργία συστήματος πέδησης BAS

Ερώτηση: Να περιγράψετε τη βασική λειτουργία του συστήματος και των εξαρτημάτων.

Απάντηση:

• Να περιγράψετε τη βασική λειτουργία του συστήματος και των εξαρτημάτων.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Το σύστημα άμεσης ενεργοποίησης φρεναρίσματος BAS (Brake Assist System) είναι ένας βοηθητικός μηχανισμός πέδησης που στοχεύει στη μείωση της απόστασης φρεναρίσματος σε επείγουσες καταστάσεις, όταν ο οδηγός διστάζει να φρενάρει δυνατά ή πατά το πεντάλ πολύ απαλά· έρευνες που έγιναν κατά την ανάπτυξή του έδειξαν ότι πάνω από το 90% των οδηγών, ακόμη κι όταν αντιδρούν γρήγορα σε κρίσιμη κατάσταση, δεν πατούν το πεντάλ των φρένων με αρκετή δύναμη. Το σύστημα BAS εντοπίζει αυτή την «αδύναμη» αλλά γρήγορη αντίδραση και προκαλεί πέδηση με πλήρη ισχύ μέσα σε κλάσματα του δευτερολέπτου. Υπάρχουν δύο βασικές υλοποιήσεις: το μηχανικό σύστημα E.V.A. (Emergency Valve Assistant) της Bosch, το οποίο, χωρίς ηλεκτρονικό έλεγχο, τροποποιεί το σερβόφρενο έτσι ώστε να αυξάνεται μηχανικά η δύναμη πέδησης (άρα να μειώνεται η απόσταση φρεναρίσματος) όταν ο οδηγός πατήσει γρήγορα αλλά αδύναμα το πεντάλ· και το ηλεκτρονικά ελεγχόμενο BAS της Mercedes, ενσωματωμένο σε τροποποιημένο σερβόφρενο, όπου η ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου, με βάση σήματα από αισθητήρες όπως ο αισθητήρας γωνίας τιμονιού, ο αισθητήρας εγκάρσιας/διαμήκους επιτάχυνσης και η υδραυλική μονάδα με αισθητήρα πίεσης, ενεργοποιεί μια ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα που αυξάνει την πίεση σε έναν από τους δύο θαλάμους του σερβόφρενου, υποβοηθώντας τη δύναμη πέδησης στο μέγιστο. Σε κάθε περίπτωση, το μπλοκάρισμα των τροχών κατά την πέδηση με πλήρη δύναμη αποφεύγεται γιατί το ABS συνεχίζει παράλληλα να ρυθμίζει με ακρίβεια τη δύναμη πέδησης, ώστε το αυτοκίνητο να παραμένει ελεγχόμενο.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Το BAS ενεργοποιεί πλήρη δύναμη πέδησης όταν ο οδηγός φρενάρει γρήγορα αλλά αδύναμα· δύο υλοποιήσεις: μηχανικό E.V.A. (Bosch) και ηλεκτρονικά ελεγχόμενο BAS (Mercedes, μέσω ECU+ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας στο σερβόφρενο)· το ABS συνεχίζει να αποτρέπει το μπλοκάρισμα τροχών

Λειτουργία συστήματος ASR

Ερώτηση: Να περιγράψετε τη βασική λειτουργία του συστήματος ABS/ASR και των εξαρτημάτων.

Απάντηση:

• Να περιγράψετε τη βασική λειτουργία του συστήματος ABS/ASR και των εξαρτημάτων.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Το σύστημα ελέγχου πρόσφυσης ASR (Acceleration Skid Control) έχει ως σκοπό να αποτρέπει την ολίσθηση (σπινιάρισμα) των κινητήριων τροχών κάτω από συνθήκες κακής πρόσφυσης, όπως κίνηση σε χαλίκι ή πάγο, επεμβαίνοντας είτε στις λειτουργίες διαχείρισης του κινητήρα είτε στο σύστημα πέδησης, ώστε να αποτρέπεται η ολίσθηση κατά την επιτάχυνση, ανεξάρτητα από την ταχύτητα ή τις συνθήκες φορτίου. Το ASR εφαρμόστηκε στα αυτοκίνητα ως εξέλιξη του ABS, γι' αυτό και μοιράζεται μαζί του σχεδόν τα ίδια βασικά εξαρτήματα: την ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου (με κύκλωμα λειτουργίας, κύκλωμα ελέγχου και κύκλωμα αυτοδιάγνωσης), την ηλεκτροϋδραυλική μονάδα (που ρυθμίζει την πίεση σε κάθε κυλινδράκι φρένων μειώνοντάς την, διατηρώντας τη ή αυξάνοντάς την), τους αισθητήρες τροχών (παλμογεννήτριες επαγωγικού τύπου που στέλνουν στην ECU πληροφορία για την ταχύτητα περιστροφής κάθε τροχού) και το ρελέ κυκλώματος που ελέγχει την τροφοδοσία της ηλεκτροϋδραυλικής μονάδας και των ηλεκτρομαγνητικών βαλβίδων. Η λειτουργία του ASR μπορεί να ενεργοποιείται είτε αυτόματα (όποτε ανιχνευτεί ολίσθηση), είτε από τον οδηγό με απλή πίεση ενός ειδικού διακόπτη ASR· ανάλογα με τον κατασκευαστή, το σύστημα μπορεί να συνεργάζεται και με άλλα ηλεκτρονικά συστήματα του αυτοκινήτου, όπως το ηλεκτρονικό μπλοκάρισμα διαφορικού (EDS), το ηλεκτρονικό πρόγραμμα σταθερότητας (EPS/ESP) ή την ηλεκτρονική κατανομή δύναμης πέδησης (EBV). Επειδή ακριβώς μοιράζεται με το ABS την ίδια ηλεκτρονική μονάδα, τους ίδιους αισθητήρες τροχών και την ίδια υδραυλική μονάδα, τα δύο συστήματα ελέγχονται πάντα μαζί.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Το ASR αποτρέπει την ολίσθηση κινητήριων τροχών κατά την επιτάχυνση, επεμβαίνοντας σε κινητήρα ή/και φρένα· μοιράζεται με το ABS την ίδια ECU, τους ίδιους αισθητήρες τροχών και την ίδια υδραυλική μονάδα, γι' αυτό ελέγχονται μαζί