L'estructura i el principi de funcionament del sistema ABS

El conjunt de seguretat activa dels cotxes moderns inclou diversos assistents i sistemes que permeten prevenir una emergència o minimitzar les lesions humanes durant un accident.

Entre aquests elements hi ha el sistema de frenada antiblocatge. Què és això? Com funciona l'ABS modern? Com funciona l'ABS i com conduir un cotxe quan aquest sistema està engegat? Les respostes a aquestes preguntes es poden trobar en aquesta revisió.

Què és el sistema de frenada antiblocatge?

El sistema de frenada antiblocatge significa un conjunt d’elements electrohidràulics que s’instal·len al xassís del cotxe i s’associen als seus frens.

Proporciona una millor tracció a la superfície de la carretera, evitant que les rodes s’aturin completament durant la frenada en superfícies inestables. Això passa sovint en camins de gel o humits.

Història

Per primera vegada, aquest desenvolupament es va presentar al públic als anys cinquanta. Tot i això, no es podria anomenar concepte, perquè aquesta idea es va desenvolupar a principis del segle XX. Així doncs, l'enginyer J. Francis el 1950 va demostrar el treball del seu "regulador", que va evitar el lliscament de les rodes als vehicles ferroviaris.

Un sistema similar va ser desenvolupat pel mecànic i enginyer G. Voisin. Va intentar crear un sistema de frenada per a aeronaus que regulés independentment l’efecte hidràulic sobre els elements de frenada de manera que les rodes de l’aeronau no relliscessin a la pista com a resultat de la frenada. Va realitzar experiments amb modificacions d’aquests dispositius a la dècada de 20.

Els primers sistemes

Per descomptat, com en el cas de tots els primers desenvolupaments de qualsevol invenció, inicialment el sistema que impedeix el bloqueig tenia una estructura complexa i primitiva. Així doncs, l'esmentat Gabriel Voisin en els seus dissenys utilitzava un volant d'inèrcia i una vàlvula hidràulica connectada a la línia de fre.

El sistema funcionava segons aquest principi. El volant anava fixat a un tambor sobre una roda i girava amb ella. Quan no hi ha patinatge, el tambor i el volant giren a la mateixa velocitat. Tan bon punt la roda s’atura, el tambor s’alenteix amb ella. A causa del fet que el volant continua girant, la vàlvula de la línia hidràulica es va obrir lleugerament, reduint la força sobre el tambor de fre.

Aquest sistema ha demostrat ser més estable per al vehicle, ja que en cas de patinatge, el conductor instintivament aplica els frens encara més, en lloc de realitzar aquest procediment sense problemes. Aquest desenvolupament ha augmentat l’eficiència de la frenada en un 30 per cent. Un altre resultat positiu: menys pneumàtics explosius i desgastats.

Tot i això, el sistema va rebre el degut reconeixement gràcies a l’esforç de l’enginyer alemany Karl Wessel. El seu desenvolupament es va patentar el 1928. Malgrat això, la instal·lació no es va utilitzar en el transport a causa de defectes importants en el seu disseny.

A principis dels anys cinquanta es va utilitzar un sistema de frens antilliscant que funcionava realment. I el 50, el kit Maxaret es va instal·lar per primera vegada en una motocicleta. El Royal Enfield Super Meteor estava equipat amb un sistema de frenada antiblocatge en funcionament. El sistema va ser supervisat pel Laboratori de Carreteres. Els estudis han demostrat que aquest element del sistema de frenada reduirà significativament els accidents de motociclisme, la majoria dels quals es produeixen precisament a causa de la derrapada quan la roda està bloquejada durant la frenada. Malgrat aquests indicadors, el director general del departament tècnic de l’empresa de motocicletes no va aprovar la producció en massa d’ABS.

Als automòbils, només es feia servir un sistema antilliscant mecànic en alguns models. Un d’ells és el Ford Zodiac. El motiu d'aquesta situació era la baixa fiabilitat del dispositiu. Només des dels anys 60. el sistema electrònic de frenada antiblocatge s’ha obert pas al famós avió Concorde.

Sistemes moderns

El principi de modificació electrònica va ser adoptat per un enginyer del Centre de Recerca Fiat i va anomenar la invenció Antilliscant. El desenvolupament es va vendre a Bosch, després del qual es va anomenar ABS.

El 1971, el fabricant de vehicles Chrysler va introduir un sistema complet i eficient controlat per ordinador. Un desenvolupament similar va ser utilitzat un any abans per la nord-americana Ford al seu emblemàtic Lincoln Continental. A poc a poc, altres principals fabricants d'automòbils també es van fer càrrec de la batuta. A mitjan anys 70, la majoria dels cotxes amb tracció posterior tenien sistemes de frenada antiblocatge electrònics a les rodes motores, i alguns estaven equipats amb una modificació que funcionava a les quatre rodes.

Des del 1976, es va començar a utilitzar un desenvolupament similar en el transport de mercaderies. El 1986, el sistema va rebre el nom d'EBS, ja que funcionava completament en electrònica.

Propòsit del sistema de frenada antiblocatge

Sovint, en frenar sobre una superfície inestable (gel, neu enrotllada, aigua a l’asfalt), el conductor observa una reacció completament diferent de la que esperava: en lloc de frenar, el vehicle es fa incontrolable i no s’atura gens. A més, prémer més fort el pedal del fre no ajuda.

Quan els frens s’apliquen bruscament, les rodes es bloquegen i, a causa de la mala adherència a la via, simplement deixen de girar. Per evitar que es produeixi aquest efecte, heu d’aplicar els frens sense problemes, però en cas d’emergència, el conductor pressiona el pedal de forma incontrolada al terra. Alguns professionals en superfícies inestables pressionaran i deixaran anar el pedal del fre diverses vegades per frenar el vehicle. Gràcies a això, les rodes no estan bloquejades i no lliscen.

Per molt trist que sembli, no tothom aconsegueix dominar aquesta habilitat i alguns ni tan sols consideren que sigui necessari fer-ho, sinó que només compren pneumàtics professionals cars i amb una major fiabilitat en l'adherència. En aquests casos, els fabricants equipen la majoria dels seus models amb un sistema de frenada antiblocatge.

L’ABS permet mantenir el control sobre el vehicle en una situació d’emergència, evitant l’aturada completa de les rodes quan s’activa el fre.

Dispositiu ABS

Un modern dispositiu ABS inclou un petit nombre d’elements. Consisteix en:

• Sensor de rotació de rodes. Aquests dispositius s’instal·len a totes les rodes. La unitat de control electrònic analitza els paràmetres que provenen de cadascun d’aquests sensors. En funció de les dades rebudes, l’ECU activa / desactiva el sistema de forma independent. Molt sovint, aquests dispositius de seguiment funcionen segons el principi d’un sensor Hall;
• Unitat de control electrònic. Sense ella, no funcionarà, perquè es necessiten "cervells" per recopilar informació i activar el sistema. En alguns automòbils, cada sistema té la seva pròpia ECU, però, els fabricants solen instal·lar una unitat que processa tots els elements del sistema de seguretat activa (estabilitat direccional, ABS, control de tracció, etc.);
• Dispositius executius. En el disseny clàssic, aquests elements són un bloc amb un conjunt de vàlvules, acumuladors de pressió, bombes, etc. De vegades, a la literatura tècnica podeu trobar el nom d’hidromodulador, que s’aplica a aquests elements.

Una característica del sistema ABS és que es pot connectar al sistema de frenada ni tan sols del cotxe més nou. La majoria de les vegades són un kit que es connecta simplement a la línia de fre i al sistema elèctric de la màquina.

Com funciona l'ABS

Convencionalment, el treball del sistema de frenada antiblocatge es divideix en 3 etapes:

1. Bloqueig de rodes: l'ECU envia un senyal per activar el sistema;
2. Accionament de l’actuador: el bloc hidràulic canvia la pressió del sistema, que desbloqueja les rodes;
3. Desactivació del sistema quan es restaura la rotació de la roda.

Val la pena considerar que tot el procés està controlat per algorismes incrustats al programari de la unitat de control. La fiabilitat del sistema rau en el fet que s’activa fins i tot abans que les rodes perdin tracció. Un analògic que funcioni només sobre la base de les dades de rotació de les rodes tindria una estructura i un principi de funcionament més senzills. Tanmateix, aquest sistema no funcionaria millor que els primers dissenys de Gabriel Voisin.

Per aquest motiu, l'ABS no respon als canvis de velocitat de les rodes, sinó a la força del pedal del fre. Dit d’una altra manera, el sistema s’activa per endavant, com si advertís un possible patinatge, determinant tant la velocitat de gir de les rodes com la força de prémer el pedal. La unitat de control calcula la possible relliscada i activa l'actuador.

El sistema funciona segons el principi següent. Tan bon punt sorgeix una emergència (el conductor ha pressionat fortament el pedal del fre, però les rodes encara no estan bloquejades), l’hidromodulador rep un senyal de la central i tanca dues vàlvules (entrada i sortida). Això estabilitza la pressió de la línia.

A continuació, l’actuador fa pulsar el fluid de fre. En aquest mode, l’hidromodulador pot proporcionar una arrencada lenta de la roda o augmentar / disminuir de forma independent la pressió del fluid de fre. Aquests processos depenen de la modificació del sistema.

Quan s'activa l'ABS, el conductor sentirà immediatament la pulsació freqüent, que també es transmet al pedal. Podeu esbrinar si el sistema està actiu o no mitjançant la carícia al botó d'activació. El mateix principi de funcionament del sistema repeteix l'habilitat dels automobilistes experimentats, només que ho fa molt més ràpid, aproximadament 20 vegades per segon.

Tipus de sistemes de frenada antiblocatge

Gràcies a la millora dels sistemes de seguretat activa, es poden trobar quatre variants d’ABS al mercat de recanvis:

• Canal únic. El senyal a la unitat de control i cap enrere s’alimenta simultàniament a través d’una única línia cablejada. Molt sovint, els cotxes amb tracció davantera estan equipats amb ell, i després només amb les rodes motrius. Aquest sistema funciona independentment de quina roda estigui bloquejada. Aquesta modificació té una vàlvula a l’entrada de l’hidromodulador i una a la sortida. També utilitza un sensor. Aquesta modificació és la més ineficaç;
• De dos canals. En aquestes modificacions, s’utilitza l’anomenat sistema de bord. Controla el costat dret per separat de l’esquerra. Aquesta modificació ha demostrat ser bastant fiable, ja que en cas d'emergència el cotxe es porta al costat de la carretera. En aquest cas, les rodes dels costats dret i esquerre es troben en diferents superfícies, per tant, l'ABS també ha d'enviar senyals diferents als actuadors;
• Tres canals. Aquesta modificació es pot anomenar amb seguretat un híbrid del primer i del segon. En aquest ABS, les pastilles de fre posteriors estan controlades per un canal, com en el primer cas, i les rodes davanteres funcionen segons el principi d’un ABS integrat;
• Quatre canals. Aquesta és la modificació més eficient fins ara. Té un sensor individual i un hidromodulador per a cada roda. Una ECU controla la rotació de cada roda per a una tracció màxima.

Modes de funcionament

El funcionament d'un sistema ABS modern es pot dur a terme de tres maneres:

1. Mode d'injecció. Aquest és el mode estàndard, que s'utilitza en totes les varietats clàssiques del sistema de fre. En un sistema de frenada antibloqueig, la vàlvula d'escapament està tancada i la vàlvula d'admissió està oberta. Per això, quan es prem el pedal de fre, el fluid comença a moure's pel circuit, posant en moviment el cilindre de fre de cada roda.
2. Mode de retenció. En aquest mode, la unitat de control detecta que una de les rodes desaccelera molt més ràpidament que les altres. Per evitar la pèrdua de contacte amb la carretera, l'ABS bloqueja la vàlvula d'entrada d'una línia de roda en particular. Gràcies a això, no hi ha força a la pinça, però al mateix temps les altres rodes continuen alentint-se.
3. Mode d'alliberament de pressió. Aquest mode s'activa si l'anterior no ha pogut fer front al bloqueig de les rodes resultant. En aquest cas, la vàlvula d'entrada de la línia continua tancada i la vàlvula de sortida, per contra, s'obre per alleujar la pressió en aquest circuit.

L'efectivitat de la frenada quan el sistema ABS està activat depèn de l'efectivitat amb què canvia d'un mode a un altre. A diferència d'un sistema de frenada estàndard, amb ABS activat, no cal aplicar els frens repetidament per evitar que les rodes perdin tracció. En aquest cas, el conductor ha de prémer completament el pedal de fre. La resta de la feina la farà el propi sistema.

Característiques de conduir un cotxe amb ABS

Per més fiable que sigui el sistema de frenada d’un cotxe, no elimina la necessitat d’atenció del conductor. El sistema de frenada antiblocatge té les seves pròpies característiques. Si no es tenen en compte, és possible que el cotxe perdi estabilitat. A continuació, es detallen les regles bàsiques per a emergències:

1. Si el cotxe està equipat amb un ABS senzill, per poder activar-lo, cal prémer bruscament el pedal del fre. Alguns models moderns estan equipats amb un auxiliar de fre. En aquest cas, la unitat de control detecta la possibilitat de pèrdua de tracció i activa aquest assistent. Fins i tot amb una lleugera pressió sobre el pedal, el sistema s’activa i augmenta de forma independent la pressió de la línia fins al paràmetre desitjat;
2. Com ja s'ha esmentat, quan el sistema està activat, el pedal del fre polsa. Un conductor inexpert pensa immediatament que li ha passat alguna cosa al cotxe i decideix deixar anar el fre;
3. Quan circuleu amb pneumàtics clavats, és millor apagar l’ABS, ja que els tacs dels pneumàtics tenen la seva efectivitat just quan la roda està bloquejada;
4. Mentre conduïu per neu fluixa, sorra, grava, etc. L’ABS també és més inútil que útil. El fet és que una roda bloquejada davant d’ella recull una petita protuberància del material que conforma la carretera. Això crea una resistència addicional al lliscament. Si gira la roda, no hi haurà aquest efecte;
5. A més, és possible que el sistema ABS no funcioni adequadament quan es circula ràpidament per superfícies irregulars. Fins i tot amb una frenada lleugera, una roda a l’aire s’aturarà ràpidament, cosa que provocarà que la unitat de control activi el dispositiu quan no sigui necessari;
6. Si l'ABS està activat, els frens també s'han d'utilitzar durant la maniobra. En un cotxe normal, això només provocarà un patinatge o un sotseviratge. No obstant això, el cotxe amb ABS està més disposat a escoltar el volant quan el sistema antiblocatge està actiu.

Rendiment de frenada

El sistema ABS no només escurça la distància d'aturada, sinó que també proporciona el màxim control sobre el vehicle. En comparació amb un cotxe no equipat amb aquest sistema, els vehicles amb ABS definitivament frenaran amb més eficàcia. No cal demostrar-ho. A més d'una distància de frenada més curta en aquest cotxe, els pneumàtics es desgastaran de manera més uniforme, ja que les forces de frenada es distribueixen uniformement a totes les rodes.

Aquest sistema serà especialment apreciat pels conductors que circulen sovint per carreteres amb superfícies inestables, per exemple, quan l'asfalt està humit o relliscós. Tot i que cap sistema és capaç d'eliminar completament tots els errors, protegir els conductors d'una emergència (ningú ha cancel·lat l'atenció i la previsió del conductor), els frens ABS fan que el vehicle sigui més previsible i manejable.

Donat l'alt rendiment de frenada, molts experts recomanen que els principiants s'acostumin a conduir vehicles amb ABS, la qual cosa augmentarà la seguretat a la carretera. Per descomptat, si el conductor incompleix les normes d'avançament i els límits de velocitat, el sistema ABS no podrà prevenir les conseqüències d'aquestes infraccions. Per exemple, per molt efectiu que sigui el sistema, no serveix de res si el conductor no ha hivernat el cotxe i continua circulant amb pneumàtics d'estiu.

Funcionament ABS

El modern sistema ABS es considera un sistema fiable i estable. Pot funcionar correctament durant molt de temps, però encara necessita un funcionament adequat i un manteniment oportú. La unitat de control rarament falla.

Però si prenem sensors de rotació de les rodes, aquest és el punt més vulnerable d'aquest sistema. El motiu és que el sensor determina la velocitat de gir de la roda, el que significa que s'ha d'instal·lar molt a prop d'ella, al cub de la roda.

Quan el cotxe es condueix a través de fang, bassals, sorra o neu humida, el sensor s'embruta molt i pot fallar ràpidament o donar valors incorrectes, cosa que provocarà inestabilitat del sistema. Si la bateria és baixa o la tensió del sistema a bord del cotxe és baixa, la unitat de control apagarà el sistema a causa d'una tensió massa baixa.

Si el sistema falla, el cotxe no perdrà els frens. Només en aquest cas, el conductor ha de ser capaç de reduir la velocitat en una carretera inestable amb l'ajuda d'un sistema de frenada clàssic.

Rendiment ABS

Així doncs, el sistema ABS permet fer frenades d'emergència amb més seguretat, i també permet realitzar maniobres amb el pedal del fre premut completament. Aquests dos paràmetres importants fan d'aquest sistema una part integral d'un vehicle equipat amb un avançat sistema de seguretat activa.

La presència de l'ABS és opcional per a un motorista experimentat. Però un principiant ha d'aprendre moltes habilitats diferents durant els primers dos anys, per la qual cosa és preferible que el cotxe d'aquest conductor tingui diversos sistemes que proporcionin una xarxa de seguretat.

Un conductor experimentat sense dificultats (sobretot si fa molts anys que condueix el seu cotxe) podrà controlar el moment de la parada de les rodes canviant l'esforç del pedal del fre. Però fins i tot amb una llarga experiència de conducció, un sistema multicanal pot competir amb aquesta habilitat. El motiu és que el conductor no és capaç de controlar la força d'una roda individual, però l'ABS sí (un sistema d'un sol canal funciona com un conductor experimentat, canviant la força a tota la línia de fre).

Però el sistema ABS no es pot considerar una panacea en situacions d'emergència a cap carretera. Per exemple, si el cotxe va patinar a la sorra o a la neu fluixa, aleshores, al contrari, augmentarà la distància de frenada. En una carretera així, per contra, bloquejar les rodes serà més útil: s'enterren a terra, la qual cosa accelera la frenada. Perquè el cotxe sigui universal en qualsevol tipus de superfície de la carretera, els fabricants de models de cotxes moderns equipen els seus productes amb un ABS commutable.

Quins són els defectes?

Pel que fa a la fiabilitat del sistema de frenada antiblocatge, aquest és un dels sistemes més fiables del cotxe. Els seus elements poques vegades fallen i, sovint, això es deu a la violació de les normes d’operació i manteniment. Totes les parts electròniques estan protegides de manera fiable de les sobrecàrregues per fusibles i relés, de manera que la unitat de control no fallarà.

El mal funcionament del sistema és la fallada dels sensors de rodes, ja que es troba en llocs on és extremadament difícil excloure l’entrada d’aigua, pols o brutícia. Si el coixinet del hub és massa fluix, els sensors funcionaran malament.

Altres problemes ja s’associen més amb els sistemes d’acompanyament del cotxe. Un exemple d'això és la caiguda de tensió a la xarxa elèctrica d'una màquina. En aquest cas, l’ABS es desactivarà a causa del relé activat. El mateix problema es pot observar amb les sobretensions a la xarxa.

Si el sistema de frenat antiblocatge s'apaga tot sol, no us espanteu; el cotxe es comportarà simplement com si no tingués ABS.

La reparació i manteniment del sistema de fre d’un cotxe amb ABS té les seves pròpies característiques. Per exemple, abans de canviar el líquid de fre, amb l’encesa apagada, premeu el fre i deixeu-lo anar diverses vegades (unes 20 vegades). Això alliberarà la pressió a l’acumulador del cos de la vàlvula. Per obtenir informació sobre com substituir adequadament el líquid de fre i purgar el sistema, llegiu en un article separat.

El conductor coneixerà immediatament el mal funcionament de l’ABS mitjançant el senyal corresponent al quadre de comandament. Si el llum d’avís s’encén i s’apaga, hauríeu de fixar-vos en el contacte dels sensors de la roda. Molt probablement, a causa de la pèrdua de contacte, la unitat de control no rep cap senyal d’aquests elements i indica un mal funcionament.

Avantatges i desavantatges del sistema

No cal parlar molt dels avantatges del sistema de frenada antiblocatge, ja que el seu principal avantatge és estabilitzar el cotxe en cas de relliscament de la roda durant la frenada. Aquests són els avantatges d’un cotxe amb aquest sistema:

• Durant la pluja o sobre gel (asfalt relliscós), el cotxe presenta una major estabilitat i controlabilitat;
• En realitzar una maniobra, podeu utilitzar els frens activament per obtenir una millor resposta de la direcció;
• En superfícies llises, la distància de frenada és menor que un cotxe sense ABS.

Un dels desavantatges del sistema és que no s’adapta bé a les superfícies suaus de la carretera. En aquest cas, la distància de frenada serà menor si les rodes estan bloquejades. Tot i que les darreres modificacions de l’ABS ja tenen en compte les característiques del sòl (es selecciona el mode adequat al selector de transmissió) i s’adapten a la situació de la carretera donada.

A més, el principi de funcionament de l'ABS i els seus avantatges es descriu al següent vídeo:

Principis del treball amb ABS

Vídeo sobre el tema

Al final de la ressenya, oferim un breu vídeo sobre com frenar un cotxe amb i sense ABS:

Frenatge amb o sense ABS

Preguntes i respostes:

Què significa el sistema de frens antibloqueig? És un sistema electrònic que evita el bloqueig de les rodes durant la frenada reduint breument la pressió del líquid de fre.

Per a què serveix un sistema de frenada antibloqueig? Si s'apliquen els frens amb força, les rodes poden perdre tracció i el cotxe es tornarà inestable. L'ABS proporciona frenada per impuls, permetent que les rodes mantinguin la tracció.

Com funciona el sistema de frens antibloqueig? L'electrònica controla el bloqueig de les rodes i el lliscament de les rodes. Gràcies a les vàlvules de cada pinça de fre, es regula la pressió TJ en un pistó concret.

Com frenar amb el sistema de frenada antibloqueig? En els cotxes amb ABS, cal prémer el pedal fins i tot i el propi sistema proporcionarà una frenada per impuls. No cal prémer/alliberar el pedal durant la frenada.