Elektronikus fékrendszerek

A cikk előző részében a Knorr-Bremse EBS 5 rendszerének működését és előnyeit foglaltuk össze. Most a közlekedésbiztonság szempontjából kiemelten fontos új fékrendszer egyes elemeivel és azok működésével ismerkedhet meg. Az elektronika fékrendszerben történő alkalmazása révén gyorsabb, és biztonságosabb működés érhető el. Sokrétű szempontok érvényesülhetnek, melyeket a hagyományos változatoknál nélkülözni kellett.

Az EBS 5 beszerelése az MAN TGA sorozatába 2004-ben kezdődött

A szerelvények ismertetését a vezető által működtetett pedálmodullal kezdjük, mely bizonyos fokig emlékeztet a pedálszelepre.

EBS pedálmodul és működése:

Két fontosabb egységből:

- az elektromos jelképzőből
- és a kétkörös főfék-szelep részből áll.

A jelképző egység

A pedál alatt műanyag burkolattal védve helyezték el a házon a kétkörös elektromos jelképző egységet, mely két potenciométerből és kapcsolókból áll. Ezeket próbapadon az adott gépkocsi típusának megfelelően beállítják. Csak arra a gépkocsira szerelhető fel, amelyikre tervezték. Az EBS központi elektronikától 5 V-os tápfeszültséget kap. Hibamentes állapotban a fékpedál lenyomásakor a potenciométerek elmozdulása révén először a kapcsolók testet kapcsolnak az elektronika megfelelő érintkezőjére. Ennek feladata az elektronika „felébresztés”-e, még kikapcsolt gyújtásnál is az üzemképes állapotba hozása. A pedállenyomás pillanatnyi helyzetnek megfelelően a potenciométerek egy-egy feszültségjelet adnak. Az egyik csökkenő a másik növekvő értékű, de összegük állandó. Ez az ellenőrzés lehetőségét biztosítja. Ezen jelek kiértékelése és további információk alapján ad parancsot a központi EBS elektronika a tengelymoduloknak a fékező nyomás kivezérlésére. Ekkor azok „back-up” szelepe zár és a pedálmodultól érkező sűrített levegőnek nincs befolyása a fékezési folyamatra.

Ha a pedálmodul jeladója meghibásodik, az EBS kikapcsol és az ellenőrzőlámpa, folyamatosan világít. Ekkor a fékezés a pneumatikus „back-up” körök, révén valósul meg. Ilyenkor az ABS sem működik.

A pedálmodul

A pedálmodulba beszerelt potenciométerek

Fő-fékszelep egység

A pedálmodul kétkörös sűrített levegős részének szerkezeti kialakítása és feladata is hasonló a kétkörös pedálszelepéhez, bár annál kisebb méretű és csatlakozói is kisebb átmérőjűek. Ez az egység látja el az elektromos rendszer meghibásodásakor a biztonsági fék működtetésének feladatát. A fékpedál lenyomásakor nyomást vezérel ki a nyomásmodulokba, Azok „back-up” szelepei nyitva vannak és ilyenkor relé-szelepként működve fékező nyomást juttatnak a fékkamrákba.

Az egycsatornás modul két generációja (a kisebb, jobb oldali az EBS 5)

Egycsatornás nyomásmodul

A fedél alatt elhelyezett elektronikából, 3 db. elektromágneses szelepből, nyomásérzékelőből és relé-szelep egységből áll. Ha az EBS hibamentes, a nyomáskivezérlés az elektromágneses szelepekkel történik. Meghibásodás esetén a nyitott „back-up” szelepen keresztül a pedálmodullal kivezérelt nyomás jut el a relé-szelephez, amely a fékkamrát látja el fékező nyomással. Általában az első futómű közelében szerelik fel az alvázra. Két 30 négyzetcol méretű fékkamrát képes működtetni. Az EBS központi elektronikával a „Fék – CAN” hálózaton keresztül áll kapcsolatban. Két kerékfordulatszám érzékelő és két fékbetét kopásérzékelő jelét fogadja és CAN üzenetté átalakítva továbbítja a központi elektronikának. Nyomásérzékelője biztosítja a visszacsatolást. A korábbi EBS változatnál kerekenként 1-1 modult alkalmaznak az első futóműnél, az újabbaknál csupán egyet, melyet két ABS szelep egészít ki.

A modult úgy kell felszerelni az alvázára, hogy a hangtompítóval ellátott lefújó nyílás alul legyen.

Menethelyzetben: a nyomásmodulátor 1-es bemeneti csatlakozójánál tartálynyomás van. A 2-es és a 4-es csatlakozók, pedig nyomásmentesek. Az elektromágneses „back-up” szelep nyitott. Nyomásnövelő és a nyomáscsökkentő szelepek zártak.

Fékezéskor: ha az EBS elektronikus rendszere hibátlan, először a „back-up” (1) szelep zár, ezért a fékezési folyamatra a nyomásmodul 4-es vezérlő bemenetéhez érkező nyomásnak nincs befolyása. A nyomásnövelő (2) és a nyomáscsökkentő (3) szelepek vezérlésétől függően változik a relé-szelep dugattyúja feletti térben a nyomás. Ennek hatására az lefelé mozdul és a 2-es kimeneti csatlakozó nyomását állítja be. A nyomásérzékelő visszajelzi a kivezérelt nyomást.

Az egycsatornás modul belső kialakítása

ABS, illetve ASR szabályozás esetén is a nyomáscsökkentő, illetve a nyomásnövelő szelepek fognak működni.

Meghibásodás: ha a nyomásmodul meghibásodik, megszakad a CAN- kapcsolat, illetve a tápfeszültség, a „back-up” szelep (1) nyitva marad. A 4-es csatlakozón keresztül érkező nyomás relé-szelepként működteti a nyomásmodult.

Elektromágneses ABS szelepegység

Ezt a hagyományos ABS szelepet az EBS 5 egy csatornás moduljánál a 4S4M ABS rendszerénél alkalmazzák az első kerekek ABS szabályozására. A jármű alvázára szerelik a rögzítő furatokba illesztett M8-as csavarokkal.

Menethelyzet: az 1-es és a 2-es csatlakozók nyomásmentesek. Az elektromágnesek árammentesek. A szelepek zártak.

Fékezés ABS működés nélkül: az 1-es csatlakozóhoz érkező sűrített levegő a membránt elmozdítja, az nyit és a nyomás a fékkamrába kerül.

Fékezés ABS beavatkozással – nyomástartás

Az első elektromágnes működik és átvált a szelep. Ezért a membrán zárja a nyomásnövelés lehetőségét.

Fékezés ABS beavatkozással – nyomáscsökkentés

Mindkét elektromágneses gerjesztést kap. Sűrített levegő útját zárja az első nyomástartó membrán. A második membránszelep nyit, fékkamra nyomása csökken.

Fékezés ABS beavatkozással – nyomásnövelés

Mindkét elektromágnes árammentes, ezért a fékezőnyomás a 2-es kimeneten ismét növekedhet.

Kétcsatornás nyomásmodul

Két darab egycsatornás nyomásmodul összeépítéseként alkották meg. Ez a nyomásmodulátor egy, vagy két futómű maximálisan 4 db 30 négyzetcolos fékkamrájához vezérli ki a fékező nyomást. Az EBS központi elektronikájával CAN adatátviteli kapcsolatban áll. Négy kerékfordulatszám érzékelő és négy kopásjelző jelét fogadja. Csatornánként 1 db. „back-up” és 2 db. elektromágneses szelep végzi a nyomáskivezérlést. Mindkét csatornához tartozik egy-egy nyomásérzékelő. A jármű alvázára történő felszerelésekor a hangtompítóval ellátott lefúvó nyílás alul kell legyen. A nyomásmodul karbantartásmentes. Működése hasonló az egycsatornáséhoz.

A kétcsatornás modul két generációja (a kisebb, jobb oldali az EBS 5)

Pótkocsi fékvezérlő modul (TCM = Trailer Control Modul)

Ezen keresztül történik a pótkocsi sűrített levegő hálózatának töltése. A vontató fékezéskor a pótkocsi fékező vezetékébe (sárga színű) vezérel ki sűrített levegőt. A rögzítő fék használatakor is fékez és teljesíti a leszakadási fékezési feladatot is, mint a hagyományos pótkocsifék vezérlő szelep. Ezt a szelepegységet úgy kell beépíteni, hogy a hangtompítóval ellátott lefúvó rész alul legyen. Ez a szerelvény nem igényel karbantartást.

Részei:

• elektromágneses szelepek (back-up, nyomásnövelő- nyomáscsökkentő,
• nyomásérzékelő
• elektromos csatlakozók
• két vezérlőkamrás relé-szelep rész az üzemi fékkörökhöz,
• egy vezérlőkamrás relé-szelep rész a rögzítő fékhez,
• hangtompító.

Menethelyzet

Az 1-es 21 és a 43-as sűrített levegő csatlakozóknál tartálynyomás van. A 22 és a 42-es csatlakozók nyomásmentesek.

Fékezés üzemi fékkel

A pótkocsi fékezéséhez az EBS központi elektronika működteti a TCM elektromágneses szelepeit. Ennek segítségével valósul meg továbbá a „kapcsolóponti erőszabályozás”. Az EBS pedálmodultól csak az egyik „back-up”kört vezetik ide. Hibamentes állapotban a „back-up” szelep zár. A fékező nyomást a nyomásnövelő és a nyomáscsökkentő szelep segítségével állítja be az elektronika. A pótkocsi fékező vezeték kapcsolófejéhez a nyomást az egységbe integrálisan beépített relé-szelep vezérli ki és a nyomásérzékelő (4) jelzi vissza.

Fékezés rögzítőfékkel

A rögzítő fék szelep működtetésekor a 43-as csatlakozóhoz kivezérelt nyomás megszűnik. A belső szeleptest fölfelé mozdul és a 22-es csatlakozóhoz, nyomás vezérlődik ki.

Pótkocsifék-vezérlő szelep menethelyzetben

Az elektronika meghibásodása

Ilyenkor a back-up szelep (1) nyitva marad, a 42-es csatlakozón keresztül a vezérlőkamrába nyomás kerül. A vezérlő dugattyú a 22-es kimenethez fékezőnyomást juttat.

A leszakadáskor történő befékeződés a hagyományos pótkocsi fékvezérlő szelephez hasonlóan egy integrálisan beépített 2/2-es szelep révén valósul meg.

EBS elektronika

Ez az EBS központi szabályozó egysége. A fém dobozban a nyomtatott áramköri panelre szerelik a mikrokontrollereket és más áramköri elemeket. Szűrő áramkörök védik a különböző elektromos zavaró tényezőktől a bemeneteket. Az EPM-eket és a TCM-et 24 V-os, az FBM-et pedig 5 V-os tápfeszültséggel látja el. Az elektronika két redundáns mikrokontrollerrel működik, melyeket EEPROM-al is elláttak, továbbá 4 db. CAN kontrollert is tartalmaz. A mikrokontrollerek a bemeneti áramkörök által szűrt és előkészített jeleket értékelik ki és vezérlik a kimeneteket. Az elektronika a bekapcsolást követően egymás után mindegyik EPM-et bekapcsolja. Felismert hibáknál azok külön-külön kikapcsolhatók. Az elektronikát a felfreccsenő, illetve csöpögő vízzel szemben védett helyre, a vezetőfülkébe kell szerelni. Védeni kell a hőhatásoktól.

Ellenőrzőlámpák

Az EBS központi elektronikája a CAN-en keresztül a műszerfalba beépített információs modult működtet, hogy a rendszer pillanatnyi állapotáról tájékoztassa a vezetőt.

EBS piros színű ellenőrzőlámpa

Akkor világít, ha

• az üzemi fékkörökben a tartálynyomás veszélyesen lecsökken, vagy
• olyan elektromos hiba van, ami miatt jól tapadó, szilárd burkolatú úton fékezve a hatóságilag előírt lassulás nem érhető el.
• Hibamentes esetben a gyújtás bekapcsolásakor 3 másodpercre felvillan, majd kialszik.

EBS sárga színű ellenőrzőlámpa

Akkor világít, ha

• az EBS valamelyik szabályozási, köre meghibásodott ugyan, de ekkor is jól tapadó, szilárd útburkolaton fékezve a hatóságilag előírt lassulás elérhető.
• Hibamentes esetben a gyújtás bekapcsolásakor 3 másodpercre felvillan, majd kialszik.
• 
  A CAN-rendszerek kialakítása

EBS 5 ESP-vel

Az ESP a fizikai törvényszerűségek határain belül képes stabilizálni a járművet. Megakadályozza az alul, illetve a túlkormányozott viselkedést és csökkenti a felborulás veszélyét. Az ESP speciális érzékelői a CAN hálózaton keresztül adják az információkat az elektronikának.

Az ESP beavatkozási lehetőségei

Amikor az elektronika felismeri, hogy a gépkocsi alulkormányzott módon viselkedik, az ESP, a kanyar irányától függően az egyik hátsó kereket fékezi impulzus szerűen.

Túlkormányzott esetben az ESP a kanyar irányától függően az egyik első kereket és a nyerges félpótkocsit fékezi.

Kormánykerék elfordítás érzékelő

A magneto-rezisztív érzékelőt a kormánykerék tengelyére szerelik. Egy nagy fogaskerék két kicsit forgat, melyek fogszáma egymástól 1-el eltér. Ezek egy-egy állandó mágnest visznek magukkal az érzékelők előtt, melyekben egy-egy egymástól eltérő színuszos jel képződik. Ezek egymáshoz viszonyított helyzetéből egyértelműen megállapítja az érzékelő saját elektronikája a kormánykerék elfordításának irányát, sebességét és szöghelyzetét. Ezeket az információkat az érzékelő elektronikája a CAN-en keresztül továbbítja az EBS elektronikának. Ez az egység az ESP elektronikától 12 V tápfeszültséget kap. Működési tartománya 1560°, azaz 4,3 kormánykerék fordulat. Meghibásodása esetén az ESP kikapcsol. Az ASR ESP információs lámpa világít. Ezzel figyelmeztet a hibára.

A kormánykerék-elfordítás érzékelő működési elve

Az egyenes-meneti kalibrációt el kell végezni:

• a gépkocsi első üzembe helyezése előtt,
• az érzékelő cseréje után,
• a futóművön végzett javítási, beállítás, alkatrészcsere után,
• a kormánymű cserét követően.

A különböző gépkocsitípusoknál a kalibrációt a gyártó előírásai szerint kell elvégezni. Ennek során a hibakód-tárolót törölni kell. Ha nem végezték el az egyenes-meneti kalibrációt a hibajelzés nem szűnik meg.

Perdülés- és kereszt irányú gyorsulásérzékelő

A gépkocsi tömegközépponti függőleges tengely körüli elfordulás sebességét és a kereszt irányú gyorsulást érzékeli.

A perdülésérzékelő működési elve

A kvarckristályból kialakított két oszcilláló tömegre a Coriolis erő hat, amikor a gépkocsi megperdül. Az oszcilláló irányra merőlegesen, kapacitív elven méri a perdülési sebességet. Ugyanabba az érzékelő házba építik be a kereszt irányú gyorsulásérzékelőt. Mindkét jelet a saját elektronika értékeli ki és az információkat a CAN-en keresztül továbbítja az ESP elektronikának. Az érzékelőt az ESP elektronika 12 V tápfeszültséggel látja el. A gépkocsi alvázára, a tömegközéppont közelében egy meghatározott helyre szerelik fel. Ettől nem szabad eltérni. Ha meghibásodik ez az érzékelő az ESP kikapcsol. Az EBS működőképes marad.

Ha az EBS rendszert Elektronikus Stabilitás Program (ESP) is kiegészíti, a közlekedés még biztonságosabbá válhat. Ezt felismerve, már előkészületben van az EU hatósági előírás mely a közeljövőben kötelezővé teszi a haszonjárművekbe az ESP beszerelését.