ABS Anti-lock brakes

ABS Anti-lock brakes Albin Elnerud aed07004@student.mdh.se DALO Jonas Blank jbk06002@student.mdh.se DALO Vetenskapsmetodik, CDT212 Mälardalens Högskola, Västerås 2010-02-24 1

Sammanfattning ABS (Anti-lock braking system) installeras idag på majoriteten av de nytillverkade bilarna i världen, i Kina så har hela 57 % av de nytillverkade bilarna ABS[Örjan10]. Men så har det inte alltid varit. Allting började med att flygplan hade stopproblem och gled på sina hjul då de låstes vid landning, vilket gjorde det livsfarligt varje gång ett flygplan skulle landa. Lösningen var låsningsfria bromsar, ABS. Istället för att däcken låser sig så skapas intervaller då hjulen bromsas och inte bromsas, så pass att inget hjul glider. Funktionerna som ingår i ABS består av en datorenhet som styr allting. Datorenheten använder sig av sensorer för att avläsa hjulens rörelse och manipulera fordonets styrsystem med hjälp av ventiler och pump. Ur ABS tekniken har också två andra tekniker framkommit, antisladd och antispinn. Antisladd använder sig precis som ABS av sensorer och ventiler för att förhindra att bilen sladdar i kurvor genom att låsa däck och förhindra att bilen sladdar. Antispinn förhindrar bilen från att slira till exempel vid halt underlag då däcken plötsligt tappar fäste. 2

Innehåll ABS Anti-lock brakes... 1 Sammanfattning... 2 Innehåll... 3 Inledning... 3 Historia... 3 ABS funktion... 4 Komponenter... 5 Olika typer av ABS system... 6 Att tänka på när man kör med ABS... 6 ESC och TCS... 7 TCS... 7 ESC... 8 Slutsatser... 8 Referenser... 8 Inledning Att kunna bromsa har alltid varit en viktig del när man har ett fordon som rör sig framåt. Stannar gör man alltid till slut, men att stanna i tid är en helt annan sak. Skillnaden kan i många fall vara otroligt stor beroende på vilken teknik man använder sig av. Rapporten beskriver hur bromssystemet ABS ursprungligen uppfanns och dess överföring från flygplan till bilar skedde. Hur ABS är uppbyggt och dess olika delar som samverkar med varandra för att systemet ska fungera korrekt tas upp. En beskrivning av de olika kanalsystemen inom ABS som används till olika typer av fordon ges. Samt olika tekniker som använder sig av ABS såsom Antisladd och Antispinn gås igenom. Historia Ända sedan människan uppfunnit den moderna förbränningsmotorn har ett behov av någon form av broms varit nödvändig. De första motoriserade vagnarna använde sig av bromsar som var direkt hämtade från hästvagnar[popme]. Dessa bestod av en kloss som med hjälp av en spak fördes mot hjulen. Detta var ett väl fungerade system för hästvagnar även om det slet väldigt på det gummi man använde på vagnshjulen. Så småningom utvecklades motorerna och blev starkare och detta medförde att farten ökade. Det var då givet att bromsar från en hästvagn inte skulle duga i längden. En rad olika bromskonstruktioner växte fram, gemensamt för dessa var att de var så kallade öppna system där alla bromsens komponenter låg exponerade för väder och smuts. Detta skulle visa sig vara en dålig lösning då stora mängder smuts snabbt fick bromsarna att bli verkningslösa. Det skulle dröja fram till 1902 [Wiki3] då Louis Renault konstruerade den första trumbromsen. Dessa kom att bli standard på alla personbilar fram tills att bromsarna på de främre hjulen började bytas ut mot skivbromsar [Wiki3]. Detta kom att ske på 1960-70 talet, man behöll dock trumbromsarna bak då den största bromskraften ligger på framhjulen och man ansåg att detta skulle vara tillräckligt. Än idag kan man se trumbromsar bak på lätta personbilar. Anledningarna till att de fortfarande 3

används är att de är väldigt underhållsfria samt att de är lätta att serva när man behöver göra detta. Det var flygindustrin som var först med det mekaniska ABS systemet [Wiki4]. Det utvecklades för användning på stora flygplan som hade svårt att bromsa på kort sträcka vid landning utan att låsa sina bromsar. Bland de kända mekaniska flygplanssystemen nämns Dunlops Maxaret system. Detta system vart en stor förbättring ur säkerhets synpunkt då det innebar att piloten kunde bromsa hårdare utan att vara rädd att låsa hjulen och därmed riskera att ett eller flera däck skulle explodera. Nästa grupp av fordon att testa de låsningsfria bromsarna var motorcykelindustrin, där låsta bromsar nästan alltid följs av en olycka. Den engelska tillverkaren Royal Enfield testade det mekaniska Maxaret systemet på en av sina motorcyklar 1958 [Wiki4]. Dock tyckte inte chefen att systemet var något att satsa på och därför sattes de aldrig i produktion. Det mekaniska ABS systemet gjorde några kvicka visiter på 1960 talet i racerbilen Ferguson P99 samt i Jensen FF. Systemet fick aldrig något stort genomslag, mest på grund av att det visade sig allt för opålitligt och dyrt. Det moderna elektroniska ABS systemet som vi känner till idag utvecklades som ett samarbete mellan tyska Bosch och Mercedes-Benz. 1978 kom de första ABS systemet från Bosch. Det satt på Mercedes lastbilar samt personbilsklassen S [Wiki5]. Den första serietillverkade bilen med ABS var Ford Scorpio. 1986 Valde BMW att göra ABS till standard på sina bilar. Nästan alla moderna bilar som säljs idag har ABS som standard. ABS funktion Anti-lock braking system, i svenska anti-lås-broms-system, går ut på att förhindra att bilens hjul låser sig vid kraftig inbromsning. Istället för att bromsarna låses fast så pulserar bromsarna vilket medför att det blir lättare för föraren att styra undan hinder och inte tappa kontrollen av bilen. Detta är den huvudsakliga effekten, och inte att bromssträckan ska bli kortare, vilken man kan komma att tro.(se figur 1) Figur 1: Till vänster, bil utan ABS. Till höger, bil med ABS. 4

Komponenter Det finns huvudsakligen fyra delar som ingår i ett ABS[HSW]. Dessa komponenter är påbyggnader och inte inbyggda delar som krävs för att kunna bromsa normalt. Då man vanligtvis kan koppla ur ABS systemet för att använda vanliga bromsar förutsätts det att systemet inte är något som krävs för att kunna bromsa. De fyra komponenterna är: Hastighetssensorer Ventiler Pump Kontrollenhet Sensorn som ingår i ABS sitter vid varje hjul och övervakar hastighetsförändringar. Ringen som sensorn läser av är kuggformad varvid man får en jämn hastighetskurva över kuggarna vid normala förhållanden(se figur 2). När man kraftigt bromsar in så pass att man med en bil utan ABS slirar och hjulen låser sig, läser sensorn av att kuggarnas jämna förekomst avtagit och ABS systemet hoppar igång. Figur 2: Hastighetssensorn och den kuggformade ringen. Ventilerna sitter på bromsröret där flödet av bromsvätska mellan bromspedalen och bromsoket vistas. När man vanligtvis bromsar trycks vätskan ihop och oket trycks samman vilket medför att man bromsar. Ventilerna har tre lägen de kan befinna sig i, ett öppet läge, ett stängt läge och ett läge där bromsvätskan släpps ut för att lätta på trycket. När man bromsar med ABS och trycket i bromsröret ökas befinner sig ventilerna i öppet läge, när det öppna läget fått bromsarna att stå stilla stängs ventilerna och vätska släpps ut. Detta medför att hjulet börjar snurra igen, ventilerna öppnas sedan igen och trycket ökas till oket och hjulet bromsas. Pumpens uppgift är att efter varje gång ventilerna släppt på trycket och bromsvätska försvunnit, pumpa ner vätskan igen när ventilerna öppnas för att trycket mellan pedalen och bromsoket inte ska bli för litet. 5

Kontrollenheten är själva hjärnan bakom ABS systemet, det är en dator som oftast sitter i framdelen av bilen. Enheten tar emot sensordata från alla hastighetssensorer och ger instruktioner till ventilerna och pumpen. Olika typer av ABS system Det finns tre stycken olika typer av ABS system[hsw], en-kanals, tre-kanals och fyr-kanals ABS. Det vanligaste och bästa systemet är fyr-kanals alternativet. Vi har då en hastighetssensor och en ventil på alla fyra hjul i fordonet. Med detta läge får vi en kontroll på alla hjulen individuellt och kontrollenheten får data från vardera sensor på varje hjul och kan samtidigt skicka ut instruktioner specifikt till vardera hjul beroende på deras tillstånd. Tre-kanals systemet har tre sensorer och ventiler, två för framhjulen och ett för båda bakhjulen, sensorn på bakhjulet sitter här på bakaxeln istället för vid hjulet. Vi får då individuell kontroll på framhjulen så som i fyr-kanals systemet, men bakhjulen blir övervakade och får instruktioner tillsammans, vilket medför att båda bakhjulen måste låsa sig innan ABS systemet hoppar igång. Eftersom instruktionerna skickas tillsammans finns det också stor risk för att ett av däcken låser sig även när ABS systemet hoppat igång då sensorn bara känner av när båda däcken har låst fast. Detta system används främst av pickuper, samt skåpbilar, kallat för fyra hjuls ABS, då alla hjulen fortfarande använder sig av ABS, men är alltså ett tre-kanals system. Detta används för att det är sådan stor skillnad på hur bromsarna ska konfigureras när fordonet har tung respektive ingen last[iihs]. En-kanals systemet är det sämsta alternativet av system. Här sitter det en hastighetssensor på bakaxeln som övervakar när båda bakhjulen låser sig och det finns även bara en ventil till båda bakhjulen. Framhjulen låser sig då vid inbromsning och det finns en stor chans för bakhjulen att låsa sig då ABS-funktionen på bakhjulen fungerar så som i tre-kanals systemet. Även detta system används främst av pickuper och skåpbilar. Att tänka på när man kör med ABS Många som aldrig har bromsat hårt med ABS och inte lärt sig hur och vad som händer när ABS hoppar igång, gör ofta fel när man känner av den pulserande effekten på bromspedalen, och de kan tro att någonting är fel och tar bort foten. Många tror också att man manuellt ska pumpa bromspedalen[iihs], speciellt vid halt väglag. Detta är något som man absolut inte får göra när man har ABS då det tar bort hela effekten. Trafikskyddet som är en del av nordiska trafiksäkerhetsrådet skriver såhär: 6

Tryck på bromspedalen samtidigt som du styr bilen förbi ett hinder. Håll foten hela tiden stadigt på bromspedalen tills bilen stannar. Du får inte pumpa med bromspedalen eftersom pumpningen bryter ABS-systemets funktion. Styr bilen samtidigt som du trycker på bromspedalen hårt även på hala väglag. Du får inte vrida ratten i ytterlägen under ABS-bromsningen. Bromspedalen skakar och håller oljud under ABS-bromsning. Det hör till saken. Öva ABS-bromsning så att du kan använda bromsningen i nödsituationer. Kör förutseende och enligt reglerna. ABS ändrar inte fysikens lagar. [Trafik] Sex väldigt bra punkter som man bör följa för att verkligen dra nytta av sitt fordons ABS bromsar. Att man måste bromsa på ett speciellt sätt medför att det kan bli krångligt i svåra situationer där man måste agera snabbt och inte hinner tänka något, men som punkt fem nämner, det gäller att öva in tekniken så att den finns när det verkligen händer något. ESC och TCS Utöver ABS som hjälpsystem finns även två andra system som är till för att hjälpa föraren att hantera bilen i krävande situationer så som vid halt väglag eller för att förhindra att föraren får sladd som i sin tur resulterar i en krock. TCS (Traction Control System) [Wiki1] samt ESC (Electronic Stability Control) [Wiki2]. Dessa två system använder sig av ABS-systemet för att verka. TCS TCS (Traction Control System) eller antispinn som det heter på svenska. Är ett system som vars uppgift är att förhindra att hjulen spinner vid acceleration på halt underlag eller vid kraftig acceleration på torrt underlag. Systemet hjälper föraren att inte av misstag gasa för mycket vilket skulle få hjulen att börja spinna okontrollerat och därmed undviker man att bilen börjar sladda. Antispinnsystemet jobbar på så sätt det stryper kraften från bilens motor samt bromsar med hjälp av ABS systemet de hjul som uppfattas spinna. För att kunna strypa kraften från motorn tar TCS kontroll över motorns styrsystem. Det manipuleras så att antispinnet nu kontrollerar hur mycket kraft som går till hjulen i stället för att du som förare gör det. Systemet har en rad olika åtgärder som det kan vidta för att uppnå en sänkning av motorstyrkan. Exempel är Tex. uteblivna tändimpulser, reducerad bränsletillförsel, reducerat intag av luft via gasspjället samt att på bilar med turbo kan laddtrycket sänkas [Wiki1]. 7

ESC ESC (Electronic Stability Control) eller antisladd på svenska är ett system som vars uppgift är att förhindra att föraren får sladd på sin bil. Systemet känner av i vilken riktning föraren vill att bilen skall gå och jämför detta med den faktiska färdriktning bilen är på väg i. Om systemet känner av att den önskade körriktningen inte kan uppnås i de tillstånd bilen befinner sig i (bilen sladdar) ingriper systemet. Vid ett ingripande bromsar systemet de hjul som anses vara nödvändiga för att bilen skall återfå den önskade riktningen. ECS får sitt data från ett antal sensorer utplacerade i bilen som sedan processeras av dess huvuddator. Exempel på sensorer som används är en gyrosensor i bilens mitt som mäter i vilken riktning bilen är på väg i. En styrsensor som mäter i vilken riktning hjulen pekar (körriktningen). Hjulsensor som mäter hjulens hastighet samt en accelerationssensor som mäter bilens acceleration [Wiki2]. När hjulen sedan bromsas av systemet används ABS systemets pump [HSW] för att åstadkomma tryck över bromsarna utan att föraren bromsar. Hjulen låses inte häller upp utan man använder sig av ABSets pulserande teknik för att genomföra en säker inbromsning. Slutsatser De slutsatser vi kan dra efter att ha arbetat med denna rapport om ABS system är att ABS är ett väldigt intelligent och bra säkerhetssystem som vi tycker borde vara standard i alla bilar. Tillsammans med ECS och TCS utgör systemen ett väldigt bra säkerhetspaket både för dig som kör eller åker med men även för andra trafikanter. Man skall dock inte se systemen som någon sorts extra skyddsnät som gör att man inte råkar ut för en olycka. Fortfarande bör man köra som man körde en bil utan dessa system och inte ta onödiga risker som man tror systemen skall reda ut åt en. Referenser [HSW] How Stuff Works. Hämtad 05 03 2010. http://auto.howstuffworks.com/auto-parts/brakes/brake-types/anti-lockbrake.htm [IIHS] Insurance institute for highway safety October 2009. Hämtad 05 03 2010. http://www.iihs.org/research/qanda/antilock.html [PopMe] Brakes a century of progress av Mort Schultz Popular Mechanics, Vol. 162, Nr 7 jul 1985 sida 132 ISSN 0032-4558 http://books.google.se/books?id=eomdaaaambaj&pg=pa132&dq=brakes+ a+century+of+progress&cd=1#v=onepage&q=brakes%20a%20century%20of% 20progress&f=false Hämtad 05 03 2010 [Trafik] Traffikskyddet. Hämtad 05 03 2010. http://www.liikenneturva.fi/www/sv/sakerhetsinfo/bilister/abs_bromssystem.ph p [Wiki1] Wikipedia, Traction control system Hämtad 05 03 2010 http://en.wikipedia.org/wiki/traction_control_system [Wiki2] Wikipedia, Electronic stability control Hämtad 05 03 2010 http://en.wikipedia.org/wiki/electronic_stability_control 8

[Wiki3] Wikipedia, Drum brake Hämtad 05 03 2010 http://en.wikipedia.org/wiki/drum_brake [Wiki4] Wikipedia, Anti-lock braking system Hämtad 05 03 2010 http://en.wikipedia.org/wiki/anti-lock_braking_system [Wiki5] Wikipedia, ABS Hämtad 05 03 2010 http://sv.wikipedia.org/wiki/abs [Örjan10] Örjan Larsson, En säker väg framåt Framtidens utveckling av fordonssäkerhet, VINNOVA ANALYS VA 2010:02, sida 24. ISBN 978-91- 86517-01-4 Bilder Titelfigur. Hämtad 15 03 2010 http://www.motorera.com/dictionary/pics/d/disc_brake.jpg Figur 1. Hämtad 15 03 2010 http://www.mitsubishi-motors.com/corporate/about_us/technology/safety/e/abs.html Figur 2. Hämtad 15 03 2010 http://www.aa1car.com/library/wss.jpg 9