Knorr Bremse EBS 5

A Knorr-Bremse-nél az elektronikus légfékrendszer (EBS Electronic Braking System) első generációja után az EBS 2.0 sorozatgyártása 1996-ban kezdődött, melyet 1998-tól az EBS 2.2, az első igazán nagy sorozatban gyártott rendszer váltott fel. Ezt elsősorban a nehéz haszonjárművekhez fejlesztettek ki. 2000-től már a kisebb teherautók számára is kínáltak egy olcsóbb, racionalizált változatot. Ugyanebben az évben kezdődött a pótkocsik számára kifejlesztett elektronikus fékrendszer a TEBS (Trailer EBS) sorozatgyártása. Ennek fontos elemévé vált a felborulást megelőző program. Az ezredfordulótól vezették be a személygépkocsiknál sikeresen bemutatkozott ESP működéssel is kiegészített változatot, az EBS 2.3-at. A korábbi fejlesztések tapasztalatai öltöttek testet az EBS 5 rendszerben, amely 2003-óta van piacon, és alapjául szolgál a következő járműgenerációk elektronikus fékrendszereinek is.

 
Az EBS 5 rendszer elemei: pedálmodul, egy- és kétcsatornás
tengelymodul, elektronika, ESP-szenzorok

EBS 5 jellegzetességek

Az EBS 5 rendszer, az elődjéhez hasonlóan elosztott intelligenciájú rendszer. A központi elektronika tartalmazza az összes magas szintű funkciót. A kerekek közelében elhelyezett moduloknak is van saját elektronikájuk. Feladatuk a kerék közeli jeladók (keréksebesség, betétkopás, fékezőnyomás) jeleinek összegyűjtése, előkészítése és továbbítása a központi elektronika felé, továbbá a központi elektronika által kért nyomás előállítása a fékkamrában. A központi elektronika fogadja a fékpedál-modul elektromos jelét, ami a vezető fékezési igényével arányos. Ebből, valamint a moduloktól érkező jelek alapján kiszámítja a kerekenként szükséges fékező nyomást. Ezt a nyomásigényt a CAN (Controller Area Network) hálózaton keresztül elküldi a moduloknak, amelyek előállítják a szükséges nyomást.

EBS5 kommunikáció hálózata
 

Az EBS rendszer különböző komponenseit CAN kommunikációs hálózat köti össze, valamint ezen keresztül kapcsolódik a jármű elektronikus rendszereihez is. Az EBS5 négy CAN-hálózathoz kapcsolódik. A Jármű-CAN-en keresztül a gépkocsi többi elektronikájához, mint például a motor-, a sebességváltó-, a tartós lassító fék-, a kerékfelfüggesztés- és a sűrített levegő ellátó rendszerének elektronikáihoz kapcsolódik. A Pótkocsi-CAN teszi lehetővé a pótkocsira szerelt TEBS felé az elektronikus adatátvitelt, ami rendkívül hatékonyan csökkenti a késedelmi időt. Fék-CAN ami felelős az EBS központi elektronika és a modulok közötti adatátvitelért. Az ESP-CAN-en keresztül az EBS központi elektronikához eljut az ESP rendszer két speciális érzékelőjének, a kormánykerék elfordítás- és a perdülés-érzékelő jele.

A biztonsági fék sűrített levegős működtetése (back-up)

Az elektronikus rendszerrel párhuzamosan a kétkörös sűrített levegős vezérlő rendszert is kiépítik. Ez az úgynevezett back-up kör a biztonsági fék feladatát látja el. Abban az esetben, ha bármilyen hiba történik az elektronikus rendszerben, a pneumatikus résszel még mindig elérhető a megkívánt fékerő. A back-up rendszer működése esetén a modulok egyszerű relé szelepként működnek, vezérlőjelüket a fékpedál modultól kapják, melyet az elektromos jeladón kívül pneumatikus vezérlőkörrel is elláttak. Ebből látszik, hogy az elektromos jeladótól eltekintve, az EBS pedálmodul hasonló felépítésű, mint egy hagyományos sűrített levegős fékrendszeré, azonban mérete kisebb, egyszerűbb, mivel a követelmények a back-up rendszerrel szemben mérsékeltebbek. A back-up rendszer csak ritkán üzemel, így a fék karakterisztikája, megszólalási és fékoldási idő követelmény másodlagos szempont.

A rendszer elemei felszerelve egy nyerges vontatóra

Amit csak az elektronika segítségével valósulhat meg

Az elektronikus fékrendszer legfőbb előnye abban rejlik, hogy a fékezőnyomást az elektronikus rendszer szabadon, korlátozások nélkül tudja szabályozni, ami különleges működések széles skáláját biztosítja. A másik fontos előnyös tényezője az elektronikus jeltovábbításnak és moduláris felépítésnek a rugalmas konfigurálhatóság. Az ezekből adódó előnyök a következő módon foglalhatók össze:
- A modularitás azt jelenti, hogy az elektronikus fékrendszer azonos elemei a különböző járműtípusokhoz, különféle módon konfigurálhatók, így sokszor a jármű gyártók nagyon eltérő igényei is egyszerűen kielégíthetők.
- Az elektronikus adatátvitelnek köszönhetően rövidebb a fék „megszólalási” és küszöbideje, vagyis gyorsabb a fékezés folyamata és természetesen a fékoldás is, így rövidül a fékút.
- Az üzemeltetők pedig annak örülhetnek, hogy a tartós lassító fék működtetésének integrációja révén mérsékeltebb a fékbetét kopás. Ezt a kedvező tulajdonságot tovább fokozza a fékbetét kopás tengelyek közötti kiegyenlítése. Ami azzal az előnnyel jár, hogy rövid időn belül a fékbetét csere miatt nem kell többször is a műhelybe vezényelni a járművet.
- A vezetés biztonságát növeli, hogy a fékrendszer jeladóira támaszkodva az elektronika folyamatosan figyeli a kerékfékszerkezetek állapotát és rendellenesség esetén azonnal figyelmeztet, például a féktárcsa túlhevülésére.
- Optimális fékerő felosztást valósít meg a vontató és a pótkocsi között, biztosítva, hogy mind a vontató és pótkocsi saját tömegét fékezi. Ez a működésmód a jobb menetstabilitást is szolgálja.

Az elektronika helyettesít

Az EBS5 előnye elődjeivel szemben egy részről a kibővített működésmódok, valamint a „mechatronika” alkalmazásával a komponensek kisebbek, könnyebbek lettek. Az egycsatornás modul helyigénye és tömege az előző változatnak csupán 60%-a. Szoftveresen megvalósított működtetéseknek köszönhetően csövezést, és szelepeket lehet megtakarítani. Erre példa a pótkocsi megkettőzött vezérlése, vagyis „redundanciája”, amelyeket a korábban kétkörös pneumatikus vezérléssel oldottak meg, mivel a törvényi előírás megköveteli, hogy kettős vezérlés a gyújtás levétele után is ellássa feladatát. Az EBS 5 rendszerben az egyik sűrített levegős kört az elektronikus rendszer helyettesíti oly módon, hogy gyújtás levétel után a fékpedál lenyomására a pedálmodulba beépített kapcsoló segítségével „felébred” az elektronika, mely biztosítja ezután a második vezérlő kört.

 
Az EBS 5 CAN-hálózatai

Az EBS 5 működésmódjainak összefoglalása

Alapműködés
Elektro-pneumatikus fékezőnyomás kivezérlés, mely működhet
- terhelés érzékelők nélkül; úgy nevezett lassuláskontrol és keréksebesség alapú tengelyek közötti fékerő elosztással egy tanuló algoritmus szerint.
- terhelés érzékelővel; melynek jele alapján valósul meg a tengelyterheléssel arányos fékerő és tengelyek közötti fékerő elosztás.

A gépkocsi stabilitásának és dinamikájának növelése
- A blokkolásgátló rendszer (ABS), egyik részprogramja az EBS-nek. Ennél is alkalmazzák az átkapcsolható, un. „terep” működést.
- Kipörgés gátló (ASR) kétféle beavatkozásra alkalmas:
- motor nyomaték csökkentésre és
- differenciális fékezésre.
- A motor fékező nyomaték szabályozás, hirtelen gázvisszavételnél automatikusan növeli a motor nyomatékát, és ezzel meggátolja, hogy (különösen jeges úton) a motor fékező nyomatéka blokkolja a hajtott kereket. Elkerülhetővé válik a farolás.
- A differenciálzár működtetésének háromféle megvalósítása alkalmazható, a járműgyártó igénye szerint. Ennek lehetséges változatai a differenciálmű védelmétől a kerekek fordulatszámának összeszinkronizálásán keresztül az automatikus működtetésig terjedhet.
- ESP Elektronikus Stabilitás Program, mely a gépjárművek keresztirányú stabilitását is képes növelni. Az egyik fajta beavatkozással a jármű perdülés szabályozását (pótkocsis szerelvénynél elkerülhetővé válik a súlyos balesethez vezető becsuklás veszélye.), a másikkal a borulásgátlást lehet megvalósítani.

Fékbetét kopást befolyásoló működésmódok
- Az üzemi- és a tartós lassító fék együttműködése révén a fékpedál lenyomásakor kezdetben a súrlódásos fék lassítja a járművet, de amint kialakul a tartós fék megfelelő nyomatéka, az kopásmentes módon veszi át a lassítás feladatát. Kisebb sebességnél, amikor már csökken a tartós lassító fék nyomatéka, a lassításból fokozatosan ismét egyre nagyobb részt az üzemi fék végez.
- A kapcsolóponti erőszabályozás „Coupling Force Control” (CFC), erőszabályozás, a vontató és a pótkocsi közötti fékerő elosztásért felelős.
- Fékbetét kopás kiegyenlítés, mely mérsékeltebb lassításoknál működik és az üzemeltető számára kedvező, egyidejű fékbetét cserét tesz lehetővé valamennyi futóműnél.

Kerékfék állapot megfigyelése
Az elektronikus fékrendszer akkor is figyelmeztető jelzést ad a vezetőnek, amikor a fékbetét elérte a megengedett kopáshatárt és akkor is amikor a féktárcsa túlhevült. Ez utóbbinál egy matematikai modellel becsli a hőmérséklet, aminek alapja a fékműködtetések száma és a kivezérelt fékező nyomások.

Kiegészítő működésekhez az alábbiak sorolhatók
- A fék-asszisztens, mely pánikszerű fékezéskor 1,5 – 2 szeres fékezőnyomás kivezérléssel intenzívebben lassítja a gépkocsit, mint normál lassításnál.
- „Tilt prevention”, a szólóban közlekedő nyerges-vontató előre bukását akadályozza meg, a fékerő határolásával az első tengelyen.
- „Hill Start Assistance” lejtőn megtartja a fékező nyomást akkor is, amikor a vezető visszaengedi a fékpedált. A járműszerelvény álló helyzetben tartásával egyszerűbbé és biztonságosabbá teszi az elindulást.
- „Door brake”, automatikus fékezést aktivál az autóbusz ajtajainak kinyitásakor.
- Külső fékezési igény (external brake demand - XBR) a jármű más elektronikus rendszereitől érkezik, melyre az elektronika automatikusan reagál. Ilyen igénnyel léphet fel például az autóbusz becsuklás-gátlója, vagy a radar érzékelővel működő követési távolság szabályozó, az Adaptive Cruise Control (ACC).

A fentiekben összefoglalt előnyök egyrészt a biztonságot, másrészt pedig a vezetési komfortot növelik. A karbantartás és a javítás során a kéziszerszámokat egyre inkább a diagnosztikai számítógép váltja fel, ugyanakkor megnőtt a jelentősége a rendszeres továbbképzésnek. Cikkünk második részében az EBS 5 elektronikus légfékrendszer részegységeit és azok működését fogjuk bemutatni.