Sistemul de franare

SISTEMUL DE FRANARE

Statisticile releva ca 40-45% din accidentele de circulatie produse ca urmare a defectiunilor tehnice, se datoreaza functionarii defectuoase a sistemului de franare. Ceea ce este si mai grav, conform acelorasi statistici, este ca aproximativ 50-70% din autovehiculele aflate in circulatie se deplaseaza avand probleme mai mari sau mai mici la sistemul de franare. Si cum sistemul de franare impreuna cu sistemul de directie sunt considerate sisteme de siguranta a circulatiei rutiere este imperios necesar pentru conducatorul auto, sa cunoasca bine sistemul de franare al autovehiculului pe care-1 conduce ca sa-1 poata folosi cu eficienta.

Sistemul de franare are rolul de a reduce viteza de deplasare a automobilului pana la valoarea dorita sau pana la oprirea acestuia, imobilizarea autovehiculului in timpul stationarii sau parcarii, precum si la, mentinerea unei viteze rezonabile pe timpul coborarii pantelor.

Sistemul de franare se compune din frana de serviciu si frana de parcare(stationare), unul independent fata de celalalt si actionate de mecanisme de comanda diferite.

Frana de serviciu trebuie sa permita controlul miscarii automobilului,sa-1 opreasca in mod sigur, rapid si eficace in conditii de viteza si incarcare prescrise. Conducatorul auto trebuie sa obtina franarea de pe locul sau de conducere fara sa ridice mainile de pe organele de directietvolan).

Frana de stationare trebuie sa permita mentinerea automobilului oprit in panta sau rampa, chiar in absenta conducatorului auto, elementele active ramanand in pozitie de strangere prin intermediul unui dispozitiv de actionare mecanic.

Frana de siguranta trebuie sa permita oprirea automobilului pe o distanta prescrisa, in cazul defectarii franei de serviciu. Conducatorul auto trebuie sa obtina franarea de pe locul sau de conducere, pastrand controlul volanului cu cel putin o mana.

Frana suplimentara se foloseste in situatia deplasarii automobilului pe sosele cu pante mari(coborare), pentru a proteja frana de serviciu, care folosita timp indelungat poate duce la incalzirea franelor rotilor, cu incalzirea excesiva a componentelor acestora.

Eficacitatea franei de serviciu se defineste fie ca spatiul maxim de franare de la o viteza initiala la oprire, fie prin deceleratia medie de franare. in tabelul 1 este prezentata eficacitatea franei de serviciu in conformitate cu reglementarile internationalei EEC ONU E/EEC 324 si E/EEC/Trans/505/1969) si nationale(STAS 8831-71).

Remorcile si semiremorcile pot fi clasificate dupa masa maxima in: 0₁<750kg, 0₂ - 7503500kg, 0₃- 3500kg. 10000kg si 0₄>10000kg.

Frana de stationare este eficace daca realizeaza mentinerea autovehiculului cu masa maxima pe o panta sau rampa de 18%.

Pentru autovehiculele autorizate sa tracteze o remorca, frana de stationare a autovehiculului tractor trebuie sa realizeze mentinerea pe loc a ansamblului de masa maxima pe o panta sau rampa de 12%.

Clasificarea sistemelor de franare se face:

dupa locul unde este aplicat momentul de franare, deosebind frane pe roti si frane pe transmisie;

dupa piesa care se roteste, exista frane cu tambur, frane cu disc sau frane combinate;

dupa piesa nerotitoare, franele pot fi cu saboti, cu banda sau combinate;

dupa tipul mecanismului de actionare(comanda) ele pot fi cu comanda hidraulica, cu comanda pneumatica sau combinate.

in timpul franarii, o parte din energia cinetica acumulata de automobil(convoi), se transforma in energie calorica prin frecarea dintre saboti si tambur, placute de frana si discuri la roti sau intre tambur si banda de frana pe transmisie. Caldura rezultata cu aceasta ocazie este disipata in mediu.

1. Dispozitive pentru marirea eficacitatii franarii Servomecanisme

Servomecanisme

Sunt acele dispozitive care concura la micsorarea efortului depus de

conducatorul auto la pedala(50..70 daN) sau la maneta(40.50 daN) si la marirea

fortei care actioneaza asupra franelor.

Servomecanismele pot fi de tip vacuurhatic si pneumatic.

Cele de tip vacuumatic folosesc ca agent de lucru depresiunea din galeriile de evacuare ale motorului si se utilizeaza la sistemele de franare ale autoturismelor care sunt de tip hidraulic.

La autocamioane, autotractoare si autobuze se utilizeaza sisteme de franare pneumatice care presupun dotarea autovehiculului respectiv cu un compresor(fig. 13) care furnizeaza sistemului aer comprimat la presiunea indicata de constructor.

Este montat pe motor, fiind antrenat de catre acesta si consuma in consecinta o anumita cantitate din puterea motorului.

In cazul de fata este antrenat in miscare de rotatie arborele cotit 4, iar biela 9 deplaseaza pistonul 8 in interiorul cilindrului 11.

Cand pistonul 8 se deplaseaza in jos, aspira aer din atmosfera pe langa supapa de aspiratie 2, la cursa de inapoiere il comprima si il refuleaza pe langa supapa de presiune 1 si racordul de presiune D spre rezervoarele de aer comprimat.

Mentinerea presiunii aerului debitat in limitele 6,2.7,35 barr este asigurata de catre un regulator de presiune, care deconecteaza compresorul de buteliile de aer la presiunea de 7,35 barr si-1 conecteaza la debitare in atmosfera iar la scaderea presiunii in sistem, sub 6,2 barr, conecteaza compresorul la buteliile de aer. Uneori regulatorul de presiune este astfel realizat ca permite montarea unui furtun pentru umflarea pneurilor

2 Frana de motor

Daca motorul autovehiculului nu este decuplat, atunci asupra automobilului mai actioneaza si asa zisa "frana de motor'. In acest caz energia cinetica a automobilului se consuma datorita frecarilor interne din motor precum si prin efectuarea unui lucru mecanic de pompaj,' 'deoarece acesta este antrenat de catre transmisie.

Pe langa faptul ca se mareste efortul de franare, acest procedeu mai prezinta avantajul ca propulsia nu se blocheaza.

La motoarele cu aprindere prin scanteie nu trebuie intrerupt sistemul de aprindere, deoarece in acest caz amestecul carburant condenseaza in cilindri, spala pelicula de ulei de pe peretii cilindrilor motorului intensificand uzura.

Obturarea gazelor arse

Efectul de franare cu motorul poate fi mult marit daca acesta este echipat cu un dispozitiv de obturare a gazelor arse si oprirea debitarii de motorina de catre pompa de injectie.

In schema din fig. 14 se prezinta modul de montaj al cilindrului pentru obturarea gazelor arse 1 si a cilindrului 10 pentru blocarea debitarii motorinei. Pozitiile clapetei obturatoare: 2- deschis, 3- inchis. Cu 13 s-a notat pompa de injectie iar cu 11- pozitia inchis si cu 12- pozitia deschis admisia motorinei.

4 Retardere

Daca frana de serviciu este indelung solicitata, capacitatea de disipare a caldurii catre mediu fiind limitata, componentele franei se vor supraincalzi si de aici vor decurge cateva fenomene nedorite.

Franele aflandu-se in vecinatatea lagarelor rotii, temperatura acestora se va ridica, iar lubrifiantul isi va pierde din calitati, putand duce la griparea lor. Prin cresterea temperaturii componentelor franelor la roti, se poate ajunge la pierderea calitatilor fizico-mecanice ale acestora(decalire, decarburare, fisuri, deformatii remanente) si in sfarsit, cel mai important fenomen nedorit, prin cresterea temperaturii materialelor conjugate(otel sau fonta-garnituri de frecare) coeficientul de frecare scade spectaculos si implicit si efectul' de franare se reduce periculos de mult cu implicatii grave asupra franarii autovehiculului.

Fenomenul este mai pregnant in cazul autovehiculelor grele, la franari prelungite cum apar in cazul coborarii pantelor lungi.

Prin consecinta, actiunea retarderului are ca efect obtinerea unei deplasari pe panta cu viteza constanta, ce are ca efect anularea fortei de inertie care ar incarca si mai mult puntea din fata si de asemenea ar conduce la accelerarea automobilului, la coborarea pantei si la necesitatea de a utiliza frana de serviciu.

Retarderele pot fi de tip electromagnetic sau hidraulic.

Fig. 16 Retardere electromagnetice ER E M P DIMENSIUNI MAXIME ADMISE (in metri) Lungime Autovehicul, altul decat autobuz 12,00 m 12,00 m 12,00 m 12,00 m Remorca 12,00 m 12,00 m 12,00 m 12,00 m Vehicul articulat 16,50 m 16,50m 16,50 m 16.50 m Tren rutier 18,75 m 18,75 m 18,75 m 18,75 m Autobuz cu doua osii 13,50 m 13,50m 13,50 m 13,50 m Autobuz cu mai mult de doua osii 15,00 m 15,00m 15,00m 15,00 m Autobuz cu remorca 18,75 m 18,75 m 18,75 m 18,75 m Autobuz articulat 18,75 m 18,75 m 18,75 m 18,75 m ER E M P DIMENSIUNI MAXIME ADMISE (in metri) Lungime Autovehicul, altul decat autobuz 12,00 m 12,00 m 12,00 m 12,00 m Remorca 12,00 m 12,00 m 12,00 m 12,00 m Vehicul articulat 16,50 m 16,50m 16,50 m 16.50 m Tren rutier 18,75 m 18,75 m 18,75 m 18,75 m Autobuz cu doua osii 13,50 m 13,50m 13,50 m 13,50 m Autobuz cu mai mult de doua osii 15,00 m 15,00m 15,00m 15,00 m Autobuz cu remorca 18,75 m 18,75 m 18,75 m 18,75 m Autobuz articulat 18,75 m 18,75 m 18,75 m 18,75 m

Retarderele electromagnetice prezinta interes prin faptul ca ofera posibilitatea modificarii intensitatii franarii in functie de conditiile de trafic.

Constructiv, retarderul electromagnetic consta dintr-un stator montat rigid la cadrul automobilului si un rotor dispus pe transmisia cardanica. La trecerea curentului electric prin infasurarile statorului, in rotor se induc curenti turbionari, iar fortele electromagnetice rezultante creeaza un moment de franare ce depinde de turatia rotorului si de intensitatea campului electromagnetic.

Avantajele retarderelor electromagnetice constau in asigurarea unor deceleratii ridicate(pana la 2 m/s'), franari line fara pericolul blocarii rotilor, silentiozitate, inertii reduse si posibilitatea modificarii caracteristicii de franare. Functionarea lor poate fi automatizata.

Dezavantajele sunt legate de costul relativ ridicat, gabaritele destul de mari si solicitarea retelei electrice a automobilului prin aparitia curentilor mari la intrarea in functiune.

Retarderele electromagnetice cele mai raspandite sunt de doua tipuri: cu indusul sub forma de clopot(fig. 16 a.) si cu indusul sub forma de disc(fig. 16 b.).

In fig. 16 a. este prezentat retarderul electromagnetic avand indusul sub forma de clopot cu nervuri si ferestre de racire, fiind solidar la rotatie cu arborele intermediar 1. Statorul are doi electromagneti 3 si este montat pe suportul 2 in consola. infasurarea de excitatie este alimentata de un generator antrenat printr-o curea de la roata 5, montata pe arborele cardanic. Functionarea lui se poate face de la tabloul de bord printr-un sistem de comutatoare si un reostat.

in fig. 16 b. se prezinta retarderul electromagnetic produs de firma Telma, fiind si cel mai raspandit. Statorul consta in doua placi de otel fixate intre ele si montate pe suporti elastici la cadrul automobilului. Pe ambele fete ale statorului sunt montate cate 8 infasurari 1. Rotorul(indusul), cuplat in serie la arborii cardanici, este construit din doua discuri 2 din otel moale, nervurate la exterior pentru o racire mai buna. Acestea sunt fixate pe un butuc cu lagare cu rulmenti cu role.

Cu cat este mai redus intrefierul (distanta intre indus si polii electromagnetici) cu atat este mai mare momentul de franare, deci cu atat va fi mai eficienta franarea automobilului.

Decelcratia care se obtine poate fi variata prin modificarea curentului in infasurari de la sursa de curent a automobilului. Cu ajutorul unui intrerupator cu patru pozitii se modifica cuplul de franare, obtinand deceleratii de la 0,5 m/s²~ la 1.5 m/s², pentru, o viteza de 30 km/h a autovehiculului. Actionarea comutaiorului se poate face manual sau automat, de la pedala franei de serviciu.

In fig. 17 este prezentata constructia unui retarder hidromecanic produs de firma Voith. Se poate observa faptul ca se aseamana constructiv cu un hidroambreiaj cu deosebirea ca turbina este rigidizata la sasiul autovehiculului.

Principalul avantaj, urmarit de firma producatoare, este ca el poate fi adaptat pe orice cutie de viteze de autocamion sau autobuz, care este prevazuta cu o priza de putere. Ansamblul are masa de 100 kg.

In functionare normala, torul hidroagregatului este gol si deci nu apare moment de franare pe transmisia autovehiculului. La actionarea comenzii rctarderului, care se poate face separat, printr-un buton plasat la pedalierul postului de conducere, in stanga pedalei de ambreiaj, sau prin actionarea pedalei de frana, o pompa cu debit mare realizeaza umplerea torului hidroagregatului cu ulei, iar acesta intra in functiune. Pentru scoaterea lui din functiune si revenirea la deplasarea normala, fluidul paraseste torul atat sub efect centrifugal, printr-o supapa de golire, cat si fortat prin functionarea inversa a pompei de umplere.

5 Dispozitive de prevenire a blocarii rotilor la franare (ABS)

ABS reprezinta acronimul expresiei englezesti 'Antilock Braking System' adica sistem de prevenire a blocarii rotilor la franare.

Unul din fenomenele cele mai periculoase cu care se poate confrunta un conducator auto il reprezinta pierderea controlului automobilului, mai ales in conditiile cresterii vitezei de trafic corespunzatoare drumurilor moderne. Acest fenomen poate fi determinat de o multitudine de cauze, dar cand apare pe timpul franarii determinate de o situatie de urgenta este cu atat mai periculos.

Suprafetele de rulare cu aderenta scazuta determina aparitia simultana a doua efecte nedorite : marirea spatiului de franare si pierderea controlului automobilului prin deraparea acestuia. Cauza comuna a acestora este reprezentata de depasirea limitei de aderenta oferita de calea de rulare ca urmare a aplicarii unui moment de franare la roata care depaseste posibilitatile de aderenta ale drumului.

Pentru o franare optimizata in raport cu aderenta caii de rulare ar trebui ca fiecarei roti sa-i fie aplicat un moment de franare care sa corespunda limitei de aderenta proprii.

6 Componente ABS

Sistemul comporta traductoare de viteza unghiulara de tip inductiv(fig. 18), cu impulsuri. Se prefera acest traductor datorita faptului ca poate lucra si in mediu cu impuritati(in cazul de fata in imediata vecinatate a rotii).

Fig. 18 Traductor de viteza unghiulara a rotii

in momentul in care traductorul de viteza unghiulara a rotii trimite catre blocul electronic de comanda un semnal pe care il prelucreaza obtinand valoarea unei deceleratii ce denota ca roata tinde sa se blocheze, acesta va comanda modulatorului de presiune sa micsoreze presiunea lichidului(aerului) din cilindrii de frana evitand astfel blocarea rotii cu aderenta scazuta, care altfel ar putea patina.

ABS pentru autovehicule grele

Spre deosebire de autoturisme, autovehiculele grele au sisteme de franare ce utilizeaza aerul comprimat. Cu toate acestea, principiul de functionare al ABS ramane acelasi. Deci si la autovehiculele grele se vor intalni senzori de viteza unghiulara montati la butucii de roata, o unitate de control electronic si modulatoare de presiune care permit marirea sau reducerea presiunii aeailui din cilindri de executie, punandu-i in legatura cu sursa de aer comprimat, respectiv cu atmosfera.

Controlul se poate face individual, pe fiecare roata, eficacitatea franarii fiind maxima din punct de vedere al spatiului de franare. in acelasi timp insa, momentul de rasucire al automobilului este maxim, fapt ce ar conduce la dificultati privind controlul acestuia, mai ales la autovehicule cu ampatament redus.

Exista de asemenea posibilitatea reglarii dupa roata cu aderenta cea mai redusa la nivelul puntii, evitand aparitia momentului de rasucire, dar eficacitatea utilizarii ABS scade prin cresterea spatiului de franare, ca urmare a neexploatarii totale a posibilitatilor rotii cu aderenta mai buna.

In fine, se poate utiliza o metoda corectata care imbina principiile primelor doua, momentul de rasucire avand valori reduse si o dezvoltare controlabila prin manevrarea volanului, precum si o reducere a spatiului de franare.

In functie de numarul de punti controlate, sistemele actuale pot fi cu control monoaxial (la nivelul unei singure punti), folosite preponderent la semiremorci, biaxial(cu control individual pe doua punti), folosite la autocamioane cu doua punti sau la autobuze si triaxial (cu control individual pe trei punti), folosite la autobuze articulate. Autocamioanele 6X4 beneficiaza de sistemul biaxial, deoarece tandemul de punti din spate, avand ampatament foarte redus, este tratat ca o singura punte si i se aloca un singur canal.

In cazul autotractoarelor cu sa sau a autoremorcherelor (trenuri rutiere in general), cea mai favorabila situatie apare cand atat tractorul, cat si remorca sunt echipate cu ABS. Totusi, un comportament mult imbunatatit il ofera atat varianta in care numai tractorul beneficiaza de ABS, cat si cea in care numai remorca este echipata cu acest sistem.

Pentru cuplarea ABS a tractoarelor si remorcilor provenind de la fabricanti diferiti, standardizarea internationala a prevazut cuplaje universale. Se mai poate adauga faptul ca in cazul trenurilor rutiere, modulatoarele care echipeaza remorca o vor frana intai pe aceasta, intarziind putin franarea tractorului pentru a preveni frangerea convoiului(trenului rutier).

Tot in cazul trenurilor rutiere, este posibil ca cele doua vehicule sa provina de la fabricanti diferiti. Pentru a informa conducatorul auto despre existenta compatibilitatii intre echipamentul ABS al tractorului si cel al remorcii, autovehiculul tractor are in plus un modul electronic de operare, care incearca sa interfateze cele doua sisteme. In caz de nereusita, ramane in functiune numai echipamentul tractorului, conducatorul auto fiind informat optic despre aceasta.

8 Controlul automat al tractiunii ASR

Odata cu instalarea pe automobile a unor motoare din ce in ce mai puternice, constructorii s-au vazut pusi in fata unei noi provocari : patinarea rotilor motoare in regimurile de tractiune intense. Problema nu este chiar noua, aderenta pierzandu-se si atunci cand caile de rulare sunt relativ alunecoase.

Aderenta se poate pierde, de asemenea, in regim de accelerare intensa, in viraje stranse cu accelerari ridicate sau la demarajul in rampa. Rotile ce patineaza isi pierd si aderenta transversala, ceea ce conduce la reducerea controlului automobilului. In plus, transmisia si pneurile se uzeaza intens, apar socuri periculoase, mai ales atunci cand o roata care patineaza isi regaseste brusc aderenta. Pentru prevenirea acestui fenomen, pe automobilele moderne s-au introdus dispozitive de control al tractiunii(ASR -Automatic Slip Regulator) care functioneaza pe principii similare sistemelor de antiblocare a rotilor la franare(ABS - Antilock Braking System), fiind o extensie a acestora(au in comun numeroase componente).

Marimea tortei de tractiune ce poate fi dezvoltata este functie de limita de aderenta oferita de calea de rulare(similar se intampla si in cazul franarii, numai ca aici este vorba de forta maxima de franare).

ASR realizeaza simultan doua deziderate : interzice depasirea limitei de aderenta si implicit mentine stabilitatea si manevrabilitatea automobilului.

9 Circuitul de control al franei

La deplasarea automobilului pe un drum cu aderenta scazuta, in mod obisnuit se pierde aderenta la o singura roata din planul puntii, aceasta tinzand sa se accelereze in gol. Circuitul de control al franei intervine si franeaza roata respectiva, iar prin intermediul diferentialului, momentul motor este aplicat celeilalte roti care are aderenta. Astfel, circuitul de control al fortei de franare lucreaza ca dispozitiv de limitare a tractiunii intre cele doua roti ale aceleiasi punti. Efectul obtinut astfel poate fi comparat cu un diferential cu frecare marita.

Pentru a preveni supraincalzirea franelor, ASR include doua moduri implicite de functionare :

Sistemul de control al tractiunii prin utilizarea circuitului de franare nu intra in functiune la viteze mai mari de 30 km/h.

Sistemul monitorizeaza viteza rotii pentru a putea estima temperatura franelor, dispozitivul fiind scos din functiune la depasirea limitelor impuse.

10 Circuitul de control al motorului

Acest circuit este responsabil de reducerea momentului motor aplicat rotii(rotilor) aflate in patinate prin reducerea momentului furnizat de motor. Sistemele actuale exista in doua variante : interfete conectate la sistemul de monitorizare a motorului sau dispozitive de control direct prin servomotor ASR.

Interfetele :

Unitatea de control ABS/ASR primeste semnale privind actiunile conducatorului auto de la unitatea CPU de management al comenzilor date monitorului(cum ar 11, de exemplu, pozitia pedalei de acceleratie), comparandu-le cu date de la alti traductori(de exemplu patinarea rotilor) si calculeaza cu cat este necesar sa se reduca momentul furnizat de motor, variabila de intrare pentru unitatea de control electronic a functionarii motorului(EMS). Aceasta varianta are avantajul unui control de finete si imediat al functionarii motorului.

11 Servomotorul ASR

Primeste comanda direct de la unitatea ABS/ASR. El este un motor de curent continuu cu un mecanism de urmarire de mare precizie, pentru a asigura un control precis al pozitiei. Marimea controlata ramane astfel independenta de alte variabile, cum ar fi, de exemplu, pozitia cremalierei pompei de injectie sau pierderile datorita frecarii in timoneria pedalei de acceleratie. Astfel, posibilitatile de control se limiteaza doar la repozitionarea comenzii acceleratiei motorului.