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ABSAntiblockiersystem
TUIlmenau
Wintersemester2013/14
WissenschaftlichesArbeitenundSchreiben
(FrauDr.Steinberg-Rahal;FrauRegler)
ThemaderArbeit:
,Antiblockiersystem‘‘
LopiWilly
Vorfachstudium
Matrikel-Nr.:
9527
BM-Str.27
98693Ilmenau
Tel.:
E-Mail:
lopi.willy@tu-ilmenau.de
Abgabe:
10.Januar2014
Gliederung
1Einleitung3
2GrundlagendesBremsens4
2.1GeschichtederBremse4
2.2GrundlagenderFahrphysik6
2.2.1KräfteundMomenteamFahrzeug6
2.2.2Reifenkräfte7
2.2.3Schlupf8
2.2.4BegrenzungdesBlockierensderRäder10
3Antiblockiersystem11
3.1Übersicht11
3.2KomponentenfürABS11
3.3ABS-Funktionalität13
3.3.1FahrstabilitätundLenkbarkeit13
3.3.2Giermomentabschwächung15
3.3.3RegelbereichundZuverlässigkeit16
3.4PrinzipiendesABS16
3.5ABS-SystemVarianten19
3.6GrenzendesABS20
4SchlussundAusblick21
Literaturverzeichnis22
1Einleitung
DasAutolässtsichnichtnurinBewegungsetzen,esmussauchabgebremstoderzumStillstandgebrachtwerden,wennesdieVerkehrssituationerfordert.JederFahrermussfrüheroderspätereineBremsungmachen(vgl.ClassisSystemControl.SicherBremsen–mitdemAntiblockiersystem).DarüberhinausistdieBremsanlageeinwesentlichesFahrsicherheitssystem,ohneesdasFahrzeugüberhauptnichtbetriebenwerdenkönnte(vgl.Post/Schmidt/Kant/Behrens,2002,S.3).
DieBremsanlagebegleitetdasAutoimmerweiterinderGeschichte.EigentlichistdieGeschichtederBremsewirdungleichlängeralsdasmoderneAuto.ImVerlaufderAutomobilgeschichte,weiterentwickeltdieBremsanlageständig.SiemüssendieimmersteigerndeGeschwindigkeitdesAutosanpassen.DieEinführungdesAntiblockiersystemABSinden1970ern,mitdemdieElektronikEinzugindieBremsanlagehielt,isteinMeilensteinderBremsenentwicklung(ebd.).
IndieserHausarbeiterfahrenSie,dieGrundlagendesBremsens,welcheKomponentenbeimABSbenötigtwerden,wieABSfunktioniert,denUnterschiedzwischenkonventionellenBremsanlagenundmitelektronischenKomponentengesteuertenkomplexenBremssystemunddieGrenzendesABS.
2GrundlagendesBremsens
2.1GeschichtederBremse
DieGeschichtederBremseistsehrlang.BereitsPhönizierbremstenihreStreitwagenmitschichtenVorrichtungenab.Seitdem18.und19.JahrhundertsbremstemandieKutschenmitBremsschuhenoderKeilen,dieanKettengehangenwerden.(Bild1)
Bild1BremsschuhenundKeilen
(Quelle:
Breuer/Bill,2004,S.1)
AmAnfangdesAutomobilbausbetrachtetmandieBremsenochalseherunbedeutendesNebenaggregat,weildieIngenieuresichmitderEntwicklungleistungsfähigerVerbrennungsmotorenbeschäftigten.WilhelmMaybachsteigertedieDrehzahldesOttomotorsvon180auf600UmdrehungenproMinute.DieseGeschwindigkeitwarSpitzeinseinemZeitraum.DamalsbremstendiekonventionelleBremsschuheundKeilegut.1885erreichten,,Reitwagen‘‘,dievonWilhelmMaybachundGottliebDaimlergebautwurden,geradeeinmal12km/h.AberdasGefährtließsichohneBremseausreichendverzögern,wegenderhohenReibungimAntriebstrang.VordiesemHintergrundhattekonstruktiveKomplexitätkeinenSinn.
1902entwickelteF.W.LanchesterdieScheibenbremse,undmitLouisRenaultsInnenbackenbremseundWilhelmMaybachsAußenbandbremsewarauchdieTrommelbremseherstellt.Bis1950verbautemanmeistensTrommelbremsen.DiemechanischbetätigteInnenbackenbremsewirktemiteinemSpreizhebel,derdasPedalunddieBremstrommelverband.SpäterersetzteeinhydraulischerZylinderdieStelledesSpreizhebels,MalcolmLockheedließsichimJahre1917einenhydraulischenRadbremszylinderpatentieren.Seit1927/1928wirddieBremskraftdurchdieATE-Reynolds-Bremseerhöht.Danachverbessertemanes.BishierkonntedieRädereinfachblockieren(vgl.Breuer/Bill,2004,S.1ff).
Bereits1920ersannGabrielVoisin,einfranzösischeAutomobil-undFlugzeugpionier,einhydraulischfunktionierendesSystem.DiebritischeFirmaDunloprüsteteeinigeVerkehrsflugzeugemitdemMaxaret-Anti-Skidaus.EinDeutscher,KarlWessel,erhielteinPatentaufeinenBremskraftreglerfürAutomobile.DiesewarenRudimentedesABS,abersiewurdennichtpopulär.1970präsentiertedieamerikanischenUnternehmenITTAutomotiveersteGenerationeinesABS(elektronischgesteuertenAnti-Blockier-Systems)aufderInternationalenAutomobilausstellung(vgl.Antiblockiersystem).EndlichbrachteBoschimJahre1978seinelektronischesABSaufdenMarkt,zuerstinderS-KlassevonMercedes-Benzundim7erBMWausgerüstet(vgl.DasAntiblockiersystem-ABS
(1)).
2.2GrundlagenderFahrphysik
2.2.1KräfteundMomenteamFahrzeug
Kräfte
ZuerstwirktaufdasFahrzeugallerdingsdasFahrzeuggewichtauf.NebendemgibtesvielfältigeunabhängigeKräfte.(Bild2)
Bild2KräfteaufFahrzeug
(Quelle:
Post/Schmidt/Kant/Behrens,2002,S.9)
InLängsrichtung:
Antriebskraft(diesichgrundsätzlichvondemMotordasFahrzeuginBewegungsetzt),Luftwiederstand(z.B.Windkraft),Rollreibung,Bremskraftusw.
InQuerrichtung:
Lenkkraft(vonderLenkung),Fliehkraft(beiKurvenfahrt),Seitenwindusw.
JedeKraft,obinLäng-oderQuerrichtung,wirdaufdieReifenunddanachaufdieFahrbahn,diemeistensausBitumenoderBetonerrichtetwerden,,,vonoben‘‘oder,,vonderSeite‘‘übertragen.
NachdemWechselwirkungsgesetz,jedeKrafterzeugteineGegenkraft,wissenwir,dassinderanderenRichtungdieKräfte,,vonunten‘‘oder,,vonderanderenSeite‘‘vonderFahrbahnausaufdieReifenunddamitaufdasFahrzeugwirken.
Momente
MomentewirkenbeiDrehbewegungenvomFahrzeug.
DiewesentlichenMomentesindTrägheitsmomentederRäder,dieumdieAchsederRäderrotiertwerden.DieseMomentekönnenmitsteigenderRaddrehzahlunddamitderFahrgeschwindigkeitzunehmen.
WenndasFahrzeugzurHälfteaufglattenFahrbahn(z.B.Eis),zuranderenHälfteaufnormalerFahrbahn(dieseSituationnennetmanµ-split)gefahrenwird,kommtesbeimBremsenzueinerDrehbewegungdesFahrzeugsumdieHochachse.MannenntdieseMomentGiermoment(vgl.Post/Schmidt/Kant/Behrens,2002,S.9f).
2.2.2Reifenkräfte
Umfangkraft:
DieUmfangkraftgestaltetsichausdemAntrieboderdemBremsen.SiewirktinLängsrichtungaufdieFahrbahnundermöglichtesdemFahrer,dasFahrzeugzubetreiben,beschleunigenoderabzubremsen.
Reifenaufstandskraft(Normalkraft):
DieReifenaufstandskraftistunabhängigvomBewegungszustanddesFahrzeugs(auchbeiFahrzeugstillstand),siewirktimmeraufdenRäder.AndereKräfteoderSituationen(z.B.größereZuladung,vondemSteigungs-oderGefällwinkel)könnendieseKrafterhöhenoderverringern.DieFormungderKraftistkompliziert.EsentstehtannäherndeinetrapezförmigeDruckverteilung.
Seitenkraft:
WegeneinergeschlagenerLenkungoderSeitenwindentstehenSeitenkräfte.SieverursachenRichtungsänderungendesFahrzeugs.(Bild3)
Bild3Reifenkräfte
(Quelle:
Post/Schmidt/Kant/Behrens,2002,S.10)
2.2.3Schlupf
WennmankräftigaufdasBremspedaltrifft.ZuersttretendieRädervondernormalenAbrollbewegungindensogenanntenBremsschlupfbereichein.DieAbrollbewegungderRäderistgeringeralsdieStecke(Antiblockiersystem(ABS)).(Bild4)MannenntdasMaßfürdenGleitanteilderAbrollbewegungdenSchlupfλ:
Bild4SchlupftderRäder
(Quelle:
Post/Schmidt/Kant/Behrens,2002,S.8)
DieGröße
istdieGeschwindigkeitdesFahrzeugs,DieGröße
istdieUmfangsgeschwindigkeitderRäder(vgl.Post/Schmidt/Kant/Behrens,2002,S.8).WennmandasBremspedalstärkerdurchtritt,blockiertdieRäder.DannsteigertsichderSchlupfauf100%.
DieBedeutungdesSchlupfist,dassdieReibungszahlμ,diedasVerhältniszwischenBremskraft
undRadlast
.
DieReibungszahlμhängtvonderSchlupfλ(vgl.Breuer/Bill,2004,S.20).
AberdieserZusammenhangkannmannichteinfachrechnen,sonderndurchExperimenteerhalten.(Bild5)
Bild5KurvendesSchlupfs
(Quelle:
Vor-undNachteilederReibung.In:
http:
//www.leifiphysik.de/themenbereiche/reibung-und-fortbewegung/ausblick)
2.2.4BegrenzungdesBlockierensderRäder
DasFahrzeugwirdmitblockiertenRäder,dervomFahrererzeugteBremsdruckgrößeralsdievomRäderübertragbarenKräfte,keineSeitenführungskräftemehrübertragengewesensind.DanachkanndasFahrzeugnichtmehrlenkbarundinstabilwerden.(Bild6)DanachkannamRadbeimBlockierendurchTrägheiteinsogenannterBremsplattenentstehen.
Bild6KurvenderBrems-undSeitenführungskraft
(Quelle:
DasAntiblockiersystem-ABS
(1).In:
http:
//www.kfztech.de/kfztechnik/fahrwerk/bremsen/abs.htm)
3Antiblockiersystem
3.1Übersicht
ZurVermeidungderNachteilkonventionellerBremsenentwickeltemandasAntiblockiersystem(ABS).DasSystemwirktbeimBremsvollgangfrühzeitigdieNeigungdesBlockierenseinesodermehrererRäderdenBremsdruckkonstantgehaltenoderverringert.DarüberhinauswerdendieRädernichtmehrblockiertunddasFahrzeuglenkbarist.DannkanndasFahrzeugsicherundschnellabbremsenoderzumStillstandkommen(vgl.Post/Schmidt/Kant/Behrens2002,S.23/S.62).
3.2KomponentenfürABS
Raddrehzahlsensoren:
InduktiveRaddrehzahlsensorensammelndieUmdrehungsgeschwindigkeitenderRäder,diewichtigsteEingangsgrößenfürABSsind,undleitendieelektrischenSignaleandasAnbausteuergerätweiter.DurchdieseSignalekannderSchlupfunddieBlokierneigungberechnetwerden.NormalerweisewerdenzweibisvierSensorenaneinemFahrzeugausgerüstet.(Bild7)
Bild7Raddrehzahlsensor
(Quelle:
Antiblockiersystem(ABS).In:
http:
//www.mein-autolexikon.de/bremse/antiblockiersystem-abs.html)
Anbausteuergerät:
DieSignalederSensorenwerdendurchdasGerätnachfestgelegtenmathematischenRechenvorgängenverarbeitet(vgl.Post/Schmidt/Kant/Behrens2002,S.63).DasErgebniswirdandasHydroaggregatweitergeleitet.(Bild8
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