La struttura e il principio di funzionamento del sistema ABS

L'insieme di sicurezza attiva delle auto moderne include vari assistenti e sistemi che consentono di prevenire una situazione di emergenza o di ridurre al minimo le lesioni umane durante un incidente.

Tra questi elementi c'è il sistema frenante antibloccaggio. Cos'è? Come funziona l'ABS moderno? Come funziona l'ABS e come si guida un'auto quando questo sistema è attivo? Le risposte a queste domande possono essere trovate in questa recensione.

Cos'è il sistema di frenatura antibloccaggio

Per sistema frenante antibloccaggio si intende un insieme di elementi elettroidraulici che sono installati nel telaio dell'auto e sono associati ai suoi freni.

Fornisce una migliore trazione sulla superficie stradale, impedendo alle ruote di fermarsi completamente durante la frenata su fondi stradali instabili. Questo accade spesso su strade ghiacciate o bagnate.

storia

Per la prima volta questo sviluppo è stato presentato al pubblico negli anni '1950. Tuttavia, non potrebbe essere chiamato un concetto, perché questa idea è stata sviluppata all'inizio del ventesimo secolo. Così, l'ingegnere J. Francis nel 1908 dimostrò il lavoro del suo "Regolatore", che impediva lo slittamento delle ruote nel trasporto ferroviario.

Un sistema simile è stato sviluppato dal meccanico e ingegnere G. Voisin. Ha cercato di creare un sistema frenante per aeromobili che regolasse in modo indipendente l'effetto idraulico sugli elementi frenanti in modo che le ruote dell'aeromobile non scivolassero lungo la pista a causa della frenata. Ha condotto esperimenti con modifiche di tali dispositivi negli anni '20.

I primi sistemi

Ovviamente, come nel caso di tutti i primi sviluppi di eventuali invenzioni, inizialmente il sistema che impedisce il blocco aveva una struttura complessa e primitiva. Quindi, il già citato Gabriel Voisin ha utilizzato un volano e una valvola idraulica collegata alla linea del freno nei suoi progetti.

Il sistema ha funzionato secondo questo principio. Il volano era attaccato a un tamburo su una ruota e ruotato con esso. Quando non c'è slittamento, il tamburo e il volano ruotano alla stessa velocità. Non appena la ruota si ferma, il tamburo rallenta con essa. A causa del fatto che il volano continua a ruotare, la valvola della linea idraulica si è aperta leggermente, riducendo la forza sul tamburo del freno.

Un tale sistema si è dimostrato più stabile per il veicolo, poiché in caso di sbandata il guidatore aziona istintivamente ancora di più i freni, invece di eseguire questa procedura senza intoppi. Questo sviluppo ha aumentato l'efficienza della frenata del 30 percento. Un altro risultato positivo: meno scoppio e pneumatici usurati.

Tuttavia, il sistema ha ricevuto il dovuto riconoscimento grazie agli sforzi dell'ingegnere tedesco Karl Wessel. Il suo sviluppo è stato brevettato nel 1928. Nonostante ciò, l'installazione non è stata utilizzata nel trasporto a causa di notevoli difetti nel suo design.

Un sistema frenante antiscivolo veramente funzionante è stato utilizzato nell'aviazione all'inizio degli anni '50. E nel 1958, il kit Maxaret fu installato per la prima volta su una motocicletta. Il Royal Enfield Super Meteor era dotato di un sistema di frenata antibloccaggio funzionante. Il sistema è stato monitorato dal Road Laboratory. Studi hanno dimostrato che questo elemento dell'impianto frenante ridurrà in modo significativo gli incidenti in moto, la maggior parte dei quali si verifica proprio a causa dello slittamento quando la ruota è bloccata durante la frenata. Nonostante tali indicatori, il direttore generale del dipartimento tecnico della casa motociclistica non ha approvato la produzione in serie di ABS.

Nelle auto, solo in alcuni modelli è stato utilizzato un sistema antiscivolo meccanico. Uno di questi è il Ford Zodiac. La ragione di questa situazione era la bassa affidabilità del dispositivo. Solo dagli anni '60. il sistema elettronico di frenata antibloccaggio ha trovato la sua strada nel famoso aereo Concorde.

Sistemi moderni

Il principio della modifica elettronica fu adottato da un ingegnere del Centro Ricerche Fiat e battezzò l'invenzione Antiskid. Lo sviluppo è stato venduto a Bosch, dopo di che è stato chiamato ABS.

Nel 1971, la casa automobilistica Chrysler ha introdotto un sistema computerizzato completo ed efficiente. Uno sviluppo simile era stato utilizzato un anno prima dalla Ford americana nella sua iconica Lincoln Continental. Gradualmente, anche altre importanti case automobilistiche hanno preso il testimone. A metà degli anni '70, la maggior parte delle auto a trazione posteriore aveva sistemi di frenatura antibloccaggio elettronici sulle ruote motrici e alcune erano dotate di una modifica che funzionava su tutte e quattro le ruote.

Dal 1976, uno sviluppo simile iniziò ad essere utilizzato nel trasporto merci. Nel 1986, il sistema fu chiamato EBS, poiché funzionava interamente sull'elettronica.

Scopo del sistema di frenatura antibloccaggio

Spesso, quando si frena su una superficie instabile (ghiaccio, neve rotolata, acqua sull'asfalto), il guidatore osserva una reazione completamente diversa da quella che si aspettava: invece di rallentare, il veicolo diventa incontrollabile e non si ferma affatto. Inoltre, premere più forte il pedale del freno non aiuta.

Quando i freni vengono applicati bruscamente, le ruote sono bloccate e, a causa della scarsa aderenza sulla pista, smettono semplicemente di ruotare. Per evitare che questo effetto si verifichi, è necessario applicare i freni senza problemi, ma in caso di emergenza, il conducente preme in modo incontrollabile il pedale sul pavimento. Alcuni professionisti premono e rilasciano più volte il pedale del freno per rallentare il veicolo su superfici instabili. Grazie a questo, le ruote non sono bloccate e non slittano.

Per quanto possa sembrare triste, non tutti riescono a padroneggiare questa abilità, e alcuni non lo ritengono nemmeno necessario, ma semplicemente acquistano costosi pneumatici professionali con una maggiore affidabilità di presa. In questi casi, i produttori equipaggiano la maggior parte dei loro modelli con un sistema di frenatura antibloccaggio.

L'ABS consente di mantenere il controllo dell'auto in una situazione di emergenza, impedendo alle ruote di fermarsi completamente quando viene applicato il freno.

Dispositivo ABS

Il dispositivo dell'ABS moderno include un numero limitato di elementi. Consiste in:

• Sensore di rotazione della ruota. Tali dispositivi sono installati su tutte le ruote. La centralina elettronica analizza i parametri che provengono da ciascuno di questi sensori. In base ai dati ricevuti, la ECU attiva / disattiva autonomamente il sistema. Molto spesso, tali dispositivi di tracciamento funzionano secondo il principio di un sensore Hall;
• Centralina elettronica. Senza di esso, non funzionerà, perché ci vuole "cervello" per raccogliere informazioni e attivare il sistema. In alcune auto, ogni sistema ha la propria ECU, tuttavia, i produttori spesso installano un'unità che elabora tutti gli elementi del sistema di sicurezza attiva (stabilità direzionale, ABS, controllo di trazione, ecc.);
• Dispositivi esecutivi. Nel design classico, questi elementi sono un blocco con una serie di valvole, accumulatori di pressione, pompe, ecc. A volte nella letteratura tecnica è possibile trovare il nome idromodulatore, che viene applicato a questi elementi.

Una caratteristica del sistema ABS è che può essere collegato all'impianto frenante nemmeno delle auto più nuove. Molto spesso, sono un kit che viene semplicemente collegato alla linea del freno e all'impianto elettrico della macchina.

Principio di funzionamento dell'ABS

Convenzionalmente, il lavoro del sistema di frenatura antibloccaggio è suddiviso in 3 fasi:

1. Blocco delle ruote: l'ECU invia un segnale per attivare il sistema;
2. Attivazione dell'attuatore: il blocco idraulico modifica la pressione nel sistema, che porta allo sbloccaggio delle ruote;
3. Disattivazione del sistema al ripristino della rotazione delle ruote.

Vale la pena considerare che l'intero processo è controllato da algoritmi incorporati nel software dell'unità di controllo. L'affidabilità del sistema risiede nel fatto che viene attivato anche prima che le ruote perdano trazione. Un analogo che funziona solo sulla base dei dati di rotazione delle ruote avrebbe una struttura e un principio di funzionamento più semplici. Tuttavia, un tale sistema non funzionerebbe meglio dei primi progetti di Gabriel Voisin.

Per questo motivo l'ABS non reagisce alle variazioni di velocità della ruota, ma alla forza di pressione del pedale del freno. In altre parole, il sistema viene attivato in anticipo, come se avvertisse un possibile slittamento, determinando sia la velocità di rotazione delle ruote che la forza di pressione del pedale. La centralina calcola l'eventuale scorrimento e attiva l'attuatore.

Il sistema funziona secondo il seguente principio. Non appena si verifica un'emergenza (il guidatore ha premuto con forza il pedale del freno, ma le ruote non sono ancora bloccate), l'idromodulatore riceve un segnale dalla centralina e chiude due valvole (ingresso e uscita). Questo stabilizza la pressione della linea.

L'attuatore fa quindi pulsare il liquido dei freni. In questa modalità, l'idromodulatore può fornire un avviamento lento della ruota o aumentare / diminuire in modo indipendente la pressione del liquido dei freni. Questi processi dipendono dalla modifica del sistema.

Quando l'ABS viene innescato, il guidatore lo avvertirà immediatamente per le frequenti pulsazioni, che vengono trasmesse anche al pedale. Puoi scoprire se il sistema è attivo o meno dalla carezza sul pulsante di attivazione. Lo stesso principio di funzionamento del sistema ripete l'abilità di automobilisti esperti, solo che lo fa molto più velocemente - circa 20 volte al secondo.

Tipi di sistemi di frenatura antibloccaggio

Grazie al miglioramento dei sistemi di sicurezza attiva, nel mercato dei ricambi auto si possono trovare quattro varianti di ABS:

• Canale singolo. Il segnale alla centralina e viceversa viene inviato simultaneamente tramite un'unica linea cablata. Molto spesso, le auto a trazione anteriore ne sono dotate e quindi solo sulle ruote motrici. Questo sistema funziona indipendentemente da quale ruota è bloccata. Questa modifica ha una valvola all'ingresso dell'idromodulatore e una all'uscita. Utilizza anche un sensore. Questa modifica è la più inefficace;
• Due canali. In tali modifiche viene utilizzato il cosiddetto sistema di bordo. Controlla il lato destro separatamente da quello sinistro. Questa modifica si è dimostrata abbastanza affidabile, poiché in caso di emergenza l'auto viene portata a lato della strada. In questo caso le ruote dei lati destro e sinistro si trovano su una superficie diversa, pertanto l'ABS deve inviare segnali diversi anche agli attuatori;
• Tre canali. Questa modifica può essere tranquillamente definita un ibrido del primo e del secondo. In tale ABS, le pastiglie dei freni posteriori sono controllate da un canale, come nel primo caso, e le ruote anteriori funzionano secondo il principio di un ABS di bordo;
• Quattro canali. Questa è la modifica più efficiente fino ad oggi. Ha un sensore individuale e un idromodulatore per ogni ruota. Una ECU controlla la rotazione di ciascuna ruota per la massima trazione.

Modalità di funzionamento

Il funzionamento di un moderno sistema ABS può essere effettuato in tre modalità:

1. Modalità iniezione. Questa è la modalità standard, utilizzata in tutte le varietà classiche dell'impianto frenante. In un sistema di frenatura antibloccaggio, la valvola di scarico è chiusa e la valvola di aspirazione è aperta. Per questo motivo, quando si preme il pedale del freno, il fluido inizia a muoversi nel circuito, mettendo in moto il cilindro del freno di ciascuna ruota.
2. Modalità di attesa. In questa modalità la centralina rileva che una delle ruote sta decelerando molto più velocemente delle altre. Per evitare la perdita di contatto con la strada, l'ABS blocca la valvola di aspirazione della linea di una determinata ruota. Grazie a ciò, non c'è forza sulla pinza, ma allo stesso tempo le altre ruote continuano a rallentare.
3. Modalità di rilascio della pressione. Questa modalità si attiva se la precedente non è stata in grado di far fronte al conseguente blocco delle ruote. In questo caso, la valvola di ingresso della linea continua ad essere chiusa e la valvola di uscita, al contrario, si apre per scaricare la pressione in questo circuito.

L'efficacia della frenata quando il sistema ABS è attivo dipende dall'efficacia con cui cambia da una modalità all'altra. A differenza di un sistema frenante standard, con l'ABS inserito, non è necessario azionare ripetutamente i freni per evitare che le ruote perdano trazione. In questo caso, il conducente deve premere a fondo il pedale del freno. Il resto del lavoro sarà svolto dal sistema stesso.

Caratteristiche di guidare un'auto con ABS

Affidabile come l'impianto frenante di un'auto, non elimina la necessità dell'attenzione del conducente. Il sistema di frenatura antibloccaggio ha le sue caratteristiche. Se non vengono presi in considerazione, l'auto potrebbe perdere stabilità. Ecco le regole di base per le emergenze:

1. Se l'auto è dotata di un semplice ABS, affinché si attivi, è necessario premere bruscamente il pedale del freno. Alcuni modelli moderni sono dotati di un assistente alla frenata. In questo caso, la centralina rileva la possibilità di perdita di trazione e attiva questo assistente. Anche con una leggera pressione sul pedale, il sistema si attiva e aumenta autonomamente la pressione in linea al parametro desiderato;
2. Come già accennato, quando il sistema è attivato, il pedale del freno pulsa. Un guidatore inesperto pensa subito che sia successo qualcosa alla macchina e decide di rilasciare il freno;
3. Quando si guida con pneumatici chiodati, è meglio disattivare l'ABS, poiché i chiodi negli pneumatici hanno la loro efficacia proprio quando la ruota è bloccata;
4. Durante la guida su neve a debole coesione, sabbia, ghiaia, ecc. L'ABS è anche più inutile che utile. Il fatto è che una ruota bloccata davanti raccoglie una piccola protuberanza dal materiale che compone la strada. Questo crea ulteriore resistenza allo scivolamento. Se la ruota gira, non ci sarà tale effetto;
5. Inoltre, il sistema ABS potrebbe non funzionare adeguatamente durante la guida veloce su superfici irregolari. Anche con una leggera frenata, una ruota in aria si fermerà rapidamente, provocando la centralina ad attivare il dispositivo quando non è necessario;
6. Se l'ABS è inserito, è opportuno utilizzare anche i freni durante la manovra. In un'auto normale, questo provocherà solo uno sbandamento o un sottosterzo. Tuttavia, l'auto con l'ABS è più disposta ad ascoltare il volante quando il sistema antibloccaggio è attivo.

Prestazioni di frenata

Il sistema ABS non solo riduce lo spazio di arresto, ma offre anche il massimo controllo sul veicolo. Rispetto a un'auto non dotata di questo sistema, i veicoli con ABS freneranno sicuramente in modo più efficace. Non ha bisogno di essere dimostrato. Oltre a uno spazio di frenata più breve in un'auto del genere, i pneumatici si consumano in modo più uniforme, poiché le forze frenanti sono distribuite uniformemente su tutte le ruote.

Questo sistema sarà particolarmente apprezzato dai conducenti che guidano spesso su strade con fondo instabile, ad esempio quando l'asfalto è bagnato o scivoloso. Sebbene nessun sistema sia in grado di eliminare completamente tutti gli errori, proteggere i conducenti da un'emergenza (nessuno ha annullato l'attenzione e la lungimiranza del conducente), i freni ABS rendono il veicolo più prevedibile e gestibile.

Date le elevate prestazioni di frenata, molti esperti consigliano ai principianti di abituarsi alla guida di veicoli con ABS, il che aumenterà la sicurezza sulla strada. Naturalmente, se il conducente viola le regole di sorpasso e limiti di velocità, il sistema ABS non sarà in grado di prevenire le conseguenze di tali violazioni. Ad esempio, non importa quanto sia efficace il sistema, è inutile se il conducente non ha svernato l'auto e continua a guidare con pneumatici estivi.

Funzionamento dell'ABS

Il moderno sistema ABS è considerato un sistema affidabile e stabile. Può funzionare correttamente per molto tempo, ma necessita comunque di un corretto funzionamento e di una manutenzione tempestiva. L'unità di controllo raramente si guasta.

Ma se prendiamo i sensori di rotazione delle ruote, allora questo è il punto più vulnerabile in un tale sistema. Il motivo è che il sensore determina la velocità di rotazione della ruota, il che significa che deve essere installato nelle immediate vicinanze, sul mozzo della ruota.

Quando l'auto sta guidando nel fango, nelle pozzanghere, nella sabbia o nella neve bagnata, il sensore si sporca molto e può guastarsi rapidamente o fornire valori errati, il che porterà all'instabilità del sistema. Se la batteria è scarica o la tensione nel sistema di bordo dell'auto è bassa, la centralina spegnerà il sistema per tensione troppo bassa.

Se il sistema si guasta, l'auto non perderà i freni. Proprio in questo caso, il guidatore deve poter rallentare su una strada instabile con l'ausilio di un classico impianto frenante.

Prestazioni ABS

Il sistema ABS, quindi, permette di effettuare le frenate di emergenza in modo più sicuro, e permette anche di effettuare manovre con il pedale del freno completamente premuto. Questi due importanti parametri rendono questo sistema parte integrante di un veicolo dotato di un avanzato sistema di sicurezza attiva.

La presenza dell'ABS è opzionale per un automobilista esperto. Ma un principiante deve padroneggiare molte abilità diverse nei primi due anni, quindi è preferibile che un'auto di questo tipo abbia diversi sistemi che forniscono una rete di sicurezza.

Un pilota esperto senza difficoltà (soprattutto se guida la sua auto da molti anni) potrà controllare il momento di stallo delle ruote variando lo sforzo sul pedale del freno. Ma anche con una lunga esperienza di guida, un sistema multicanale può competere con una tale abilità. Il motivo è che il guidatore non è in grado di controllare la forza su una singola ruota, ma l'ABS può (un sistema monocanale funziona come un guidatore esperto, modificando la forza sull'intera linea del freno).

Ma il sistema ABS non può essere considerato una panacea in situazioni di emergenza su nessuna strada. Ad esempio, se l'auto slitta sulla sabbia o sulla neve a debole coesione, al contrario, causerà un aumento dello spazio di frenata. Su una strada del genere, al contrario, sarà più utile bloccare le ruote: si nascondono nel terreno, accelerando la frenata. Affinché l'auto sia universale su qualsiasi tipo di superficie stradale, i produttori di modelli di auto moderne dotano i loro prodotti di un ABS commutabile.

Quali sono i difetti

Per quanto riguarda l'affidabilità del sistema di frenata antibloccaggio, questo è uno dei sistemi più affidabili dell'auto. I suoi elementi raramente si guastano e molto spesso ciò è dovuto alla violazione delle regole di funzionamento e manutenzione. Tutte le parti elettroniche sono protette in modo affidabile dai sovraccarichi da fusibili e relè, quindi l'unità di controllo non si guasta.

I malfunzionamenti del sistema più comuni sono il guasto dei sensori delle ruote, poiché si trovano in luoghi in cui è estremamente difficile escludere l'ingresso di acqua, polvere o sporco. Se il cuscinetto del mozzo è troppo lento, i sensori non funzioneranno correttamente.

Altri problemi sono già associati maggiormente ai sistemi di accompagnamento dell'auto. Un esempio di ciò è la caduta di tensione nella rete elettrica di una macchina. In questo caso, l'ABS verrà disattivato a causa del relè attivato. Lo stesso problema può essere osservato con sbalzi di tensione nella rete.

Se il sistema di frenata antibloccaggio si spegne da solo, niente panico: l'auto si comporterà semplicemente come se non avesse l'ABS.

La riparazione e la manutenzione del sistema frenante di un'auto con ABS ha le sue caratteristiche. Ad esempio, prima di cambiare il liquido dei freni, a contatto disinserito, premere il freno e rilasciarlo più volte (circa 20 volte). Questo rilascerà la pressione nell'accumulatore del corpo valvola. Per informazioni su come sostituire correttamente il liquido dei freni e quindi spurgare il sistema, leggere in un articolo separato.

Il guidatore apprenderà immediatamente il malfunzionamento dell'ABS dal segnale corrispondente sul cruscotto. Se la spia si accende e poi si spegne, prestare attenzione al contatto dei sensori delle ruote. Molto probabilmente, a causa della perdita di contatto, la centralina non riceve un segnale da questi elementi e segnala un malfunzionamento.

Vantaggi e svantaggi del sistema

Non c'è bisogno di parlare molto dei vantaggi del sistema di frenata antibloccaggio, poiché il suo principale vantaggio è nella stabilizzazione della vettura in caso di slittamento delle ruote durante la frenata. Ecco i vantaggi di un'auto con un tale sistema:

• Sotto la pioggia o sul ghiaccio (asfalto scivoloso) l'auto mostra grande stabilità e controllabilità;
• Quando si esegue una manovra, è possibile utilizzare attivamente i freni per una migliore risposta dello sterzo;
• Su superfici lisce, lo spazio di frenata è più breve di un'auto senza ABS.

Uno degli svantaggi del sistema è che non si adatta bene alle superfici stradali morbide. In questo caso, lo spazio di frenata sarà più breve se le ruote sono bloccate. Sebbene le ultime modifiche all'ABS tengano già conto delle caratteristiche del terreno (la modalità appropriata è selezionata sul selettore della trasmissione) e si adattano alla situazione stradale data.

Inoltre, il principio di funzionamento dell'ABS e i suoi vantaggi sono descritti nel seguente video:

Principi di lavoro dell'ABS

Video correlati

Al termine della recensione, proponiamo un breve video su come frenare su un'auto con e senza ABS:

Frenatura con o senza ABS

Domande e risposte:

Cosa significa sistema di frenata antibloccaggio? È un sistema elettronico che impedisce il bloccaggio delle ruote durante la frenata riducendo brevemente la pressione del liquido dei freni.

A cosa serve un sistema di frenata antibloccaggio? Se i freni vengono applicati bruscamente, le ruote potrebbero perdere aderenza e l'auto diventerà instabile. L'ABS fornisce una frenata a impulsi, consentendo alle ruote di mantenere la trazione.

Come funziona il sistema di frenata antibloccaggio? L'elettronica controlla il bloccaggio delle ruote e lo slittamento delle ruote. Grazie alle valvole su ciascuna pinza freno, viene regolata la pressione TJ su un particolare pistone.

Come frenare con il sistema antibloccaggio? Nelle auto con ABS, è necessario premere il pedale fino in fondo e il sistema stesso fornirà una frenata a impulsi. Non è necessario premere/rilasciare il pedale durante la frenata.