13. fejezet - Elektropneumatikus fékrendszer

Tartalom
13.1. Az elektro-pneumatikus fékrendszerek fejlesztésének céljai és a lehetőségek
13.2. Az elektro-pneumatikus fékrendszer az adatátvitelhez több CAN-hálózatot is használ.
13.3. Az EBS rendszer biztonsági fékje
13.4. Amit csak az elektronika tud teljesíteni
13.5. Az elektropneumatikus fékrendszer működésmódjai
13.5.1. Alapműködés
13.5.2. A gépkocsi stabilitásának és dinamikájának növelése
13.5.2.1. Az ABS
13.5.2.2. Kipörgés gátló
13.5.2.3. Motor fékező nyomaték szabályozás (DTC)
13.5.2.4. A differenciálzár működtetés
13.5.2.5. ESP (Elektronikus Stabilitás Program)
13.5.2.6. Kapcsolóponti erőszabályozás
13.5.3. Fékbetét kopás befolyásolása
13.5.4. Fékbetét kopás kiegyenlítés
13.5.5. Kerékfék állapot megfigyelése
13.5.6. Kiegészítő működések
13.5.6.1. Fék-asszisztens
13.5.6.2. „Tilt prevention”
13.5.6.3. „Hill Start Assistance”
13.5.6.4. „Door brake”
13.5.6.5. Külső fékezési igény
13.6. Az elektropneumatikus fékrendszer részegységei
13.6.1. pedálmodul és működése
13.6.2. Egycsatornás nyomásmodul
13.6.3. Két csatornás nyomásmodul
13.6.4. Pótkocsi fékvezérlő modul
13.6.5. Az elektropneumatikus fékrendszer központi elektronikája
13.6.6. Az elektropneumatikus fékrendszer ellenőrző lámpái
13.6.7. ESP szabályozás az elektropneumatikus fékrendszer egyik alprogramja
13.6.7.1. Az ESP kormánykerék elfordítás érzékelője
13.6.7.2. Az ESP perdülés- és kereszt irányú gyorsulásérzékelője
13.7. A pótkocsi elektropneumatikus fékrendszere
13.7.1. A pótkocsi elektropneumatikus fékrendszerének felépítés és működése
13.7.2. A pótkocsi elektropneumatikus fékrendszerének kiegészítő működései
13.8. Ellenőrző kérdések

13.1. Az elektro-pneumatikus fékrendszerek fejlesztésének céljai és a lehetőségek

A haszonjárművek légfékrendszereinél a fékezés dinamikájának növelése volt a cél ennél az új fékrendszer kifejlesztésénél. A légfékeknél már évtizedek óta alkalmazták a blokkolásgátlókat és a kipörgésgátlókat, melyek az elektronikát már bizonyos mértékig alkalmazásba hozták a pneumatikus működésű fékeknél. Ezeknél a rendszereknél a nyomáskivezérlést a hagyományos fékrendszer végezte csupán a kerékcsúszás függvényében a fékező nyomás szabályozását bízták az elektronikus rendszer.

Az elektro-pneumatikus fékrendszerek kifejlesztése a különböző gyártóknál a nyolcvanas években kezdődött. Az angol elnevezése Electronic Brake System alapján EBS-nek rövidítik. A fékezés dinamikájának növelésén kívül alkalmazásának további előnye az, hogy nagyon egyszerűvé vált a fékrendszer. A korábban alkalmazott számos szelep az EBS –nél a különböző működtető programokkal helyettesíthető. Így csupán néhány fajta modult kell gyártani, és az üzemeltetőknek raktáron tartani. A különböző haszonjárművekhez a fékrendszer szoftveresen illeszthető.

Az elektropneumatikus fékrendszer részegységei.
13.1. ábra - Az elektropneumatikus fékrendszer részegységei.


A központi EBS elektronika végzi az úgynevezett „magas szintű” műveleteket, melyek egyebek között a fékrendszer egyes moduljainak összehangolása. Ehhez a CAN hálózatot használja. A kerekek közelében elhelyezett tengely-modulokat saját elektronikákkal látták el. Ezek fogadják a keréksebesség-, a fékbetét kopás-, fékezőnyomás érzékelőinek jeleit. Ezeket megszűrve és digitalizálva CAN üzenetként továbbítják a központi elektronika felé. A központi elektronika által kért nyomás létrehozását a nyomásmodulok végzik. A központi elektronika fogadja a fékpedál-modul analóg elektromos jeleit, melyek a vezető fékezési igényével arányosak. Ezekből, valamint a moduloktól érkező jelek alapján kiszámítja a kerekenként szükséges fékező nyomást. Ezt a nyomásigényt a CAN hálózaton keresztül elküldi a moduloknak, amelyek előállítják azokat.

Az elektropneumatikus fékrendszer sűrített levegő hálózata.
13.2. ábra - Az elektropneumatikus fékrendszer sűrített levegő hálózata.


13.2. Az elektro-pneumatikus fékrendszer az adatátvitelhez több CAN-hálózatot is használ.

  • „Jármű-CAN”

    Ezen keresztül a gépkocsi többi elektronikájához, mint például a motor-, az automatikus sebességváltó-, a tartós lassító fék-, a kerékfelfüggesztés- és a sűrített levegő ellátó rendszer elektronikájához kapcsolódik.

  • „Pótkocsi-CAN”

    Ez teszi lehetővé a pótkocsi elektronikus fék rendszere (TEBS) felé a gyors elektronikus adatátvitelt.

  • „Fék-CAN”

    Ez valósítja meg az EBS központi elektronika és az egyes futóműveknél elhelyezett nyomásmodulok közötti információcserét.

  • „ESP-CAN”

    Ez juttatja el az EBS központi elektronikához a kormánykerék elfordítás- és a perdülés-érzékelő jeleit.

Az elektropneumatikus fékrendszer CAN hálózatai.
13.3. ábra - Az elektropneumatikus fékrendszer CAN hálózatai.


13.3. Az EBS rendszer biztonsági fékje

Ez egy úgynevezett back-up rendszer, mely sűrített levegővel működik. Az elektronikus rendszerrel párhuzamosan kiépítenek egy kétkörös sűrített levegős fékrendszert is. Ez látja el a biztonsági fék feladatát. Elektronikus hiba esetén ez teszi lehetővé a biztonsági fékre előírtak teljesítését. Ilyen esetben a nyomás-modulok relé-szelepként működnek. Az ehhez szükséges vezérlő nyomást a fékpedál modul két pneumatikus back-up köre adja. Az EBS pedálmodul hasonló felépítésű, mint egy hagyományos kétkörös pedálszelep, azonban mérete és átömlő keresztmetszetei kisebbek annál, és szerkezetük is egy kicsit egyszerűbb. Ezt a kört ellátták elektromos jeladókkal, kapcsolókkal. A back-up rendszer csak ritkán, elektromos hiba esetén üzemel, ezért fék-karakterisztikája, megszólalási- és fékoldási ideje másodlagos.

13.4. Amit csak az elektronika tud teljesíteni

Az elektropneumatikus fékrendszer legfőbb előnye az, hogy a fékező nyomást korlátozások nélkül tudja szabályozni. Ez a különleges működések széles skáláját teszi lehetővé egyszerű módon. Ehhez hasonló de nála gyengébb működésmóddal a hagyományos szelepek alkalmazásával lényegesen több szerelvény felhasználásával lenne megvalósítható. További előnye az elektronikus jelátvitelnek és moduláris felépítésnek a rugalmas konfigurálhatóság.

A modularitás azt jelenti, hogy az elektropneumatikus fékrendszer mechatronikai szerelvényei a különböző járműtípusoknál más módon konfigurálhatók, így a gyártók eltérő igényei egyszerűen kielégíthetők.

Az elektronikus adatátvitel miatt rövidebb a fék „megszólalási-” és „küszöb”-ideje, vagyis gyorsabb a fékezés és a fékoldás folyamata is, ami rövidebb fékutat eredményez.

Üzemeltetési előnyként kell megemlíteni, hogy a tartós lassító fék működésének integrációja révén kisebb lesz a fékbetétek kopása. Lehetőség van továbbá a fékbetét kopások tengelyek közötti kiegyenlítésére is. Ez utóbbi azzal az előnnyel jár, hogy a járműszerelvény valamennyi tengelyénél azonos időben lesz esedékes a fékbetét csere. Így nem kell gyakran vinni a műhelybe a járműszerelvényt.

Vezetésbiztonsági előny, hogy a fékrendszer elektronikája a jeladókra támaszkodva folyamatosan figyeli a kerékfék szerkezetek állapotát. Rendellenesség esetén azonnal figyelmeztet.

Optimális fékerő felosztást valósít meg a vontató és a pótkocsi között, mely kifogástalan menetstabilitást eredményez. Elkerülhetővé válik például a járműszerelvény becsuklása.

Az elektropneumatikus fékrendszer további előnye, a hagyományos fékrendszerhez képest, hogy a „mechatronika” alkalmazása révén a részegységei kisebbek, könnyebbek lettek. A szoftveresen megvalósított működtetésekkel egyszerűsödött a fékhálózat, így csöveket, és szelepeket lehet megtakarítani. Például a pótkocsi megkettőzött vezérlése, amit korábban kétkörös pneumatikával oldottak meg. (a hatósági előírás megköveteli, hogy kettős vezérlés a gyújtás levétele után is ellássa feladatát.) Az egyik sűrített levegős kört az elektronikus rendszer helyettesíti oly módon, hogy gyújtás levétel után a fékpedál lenyomására a pedálmodulba beépített kapcsoló segítségével „felébreszti” az elektronikát, mely biztosítja a második vezérlő kört.

13.5. Az elektropneumatikus fékrendszer működésmódjai

13.5.1. Alapműködés

Elektro-pneumatikus fékezőnyomás kivezérlés:

  • terhelés érzékelők nélkül; lassulás-kontrol és keréksebesség alapú, tengelyek közötti fékerő felosztás, tanuló algoritmussal.

  • terhelés érzékelővel; tengelyterheléssel arányos fékerő felosztás.

A két működési változat közül a diagnosztikai műszerrel beállítható, hogy melyik legyen az aktív.

13.5.2. A gépkocsi stabilitásának és dinamikájának növelése

13.5.2.1. Az ABS

Fékezés közben a kerékcsúszás függvényében szabályozza a fékkamra nyomását. Ez az egyik részprogramja az EBS-nek. Ennél is lehetséges az átkapcsolható, un. „terep” működés, mit a korábban gyártott blokkolásgátló rendszereknél.

13.5.2.2. Kipörgés gátló

Ez a blokkolásgátlót hatékonyan kiegészítő menetdinamikai szabályozó elinduláskor és gyorsításkor avatkozik be. Kétféle módon tudja ezt megtenni:

  • motor nyomaték csökkentés (üzenet a motor elektronikának a CAN hálózaton keresztül)

  • differenciális fékezés (a kipörgő kerék vezetőtől független fékezése).

13.5.2.3. Motor fékező nyomaték szabályozás (DTC)

Hirtelen gázpedál visszaengedés csúszós úton a hajtott kerekek csúszását, blokkolását okozza. Ezért az elektronika a CAN hálózaton keresztül utasítást ad a motor elektronikának a fékező hatását csökkentésére az alapjárati fordulatszám növelésével. Ezzel a beavatkozással elkerülhetővé válik a farolás.

13.5.2.4. A differenciálzár működtetés

Ez a járműgyártó igénye szerint különböző módon történhet:

  • differenciálmű védelem, (a differenciálzár bekapcsolásának megakadályozása, ha nem azonos a kerekek fordulatszáma.)

  • a kerekek fordulatszámának össze-szinkronizálása, a differenciálzár bekapcsolása előtt

  • automatikus differenciálzár működtetés.

13.5.2.5. ESP (Elektronikus Stabilitás Program)

Ez is az elektropneumatikus fékrendszer egyik alprogramja, melynek a beavatkozásai:

  • a jármű perdülés szabályozása (pótkocsis szerelvénynél elkerülhető becsuklás veszélye.)

  • a borulásgátlás, melynek különösen magas tömegközéppontú járműveknél van jelentősége.

13.5.2.6. Kapcsolóponti erőszabályozás

Ennek angol elnevezése „Coupling Force Control” ezért gyakran CFC-nek rövidítik. A vontató gépkocsi és a pótkocsi közötti fékerő összehangolását végzi.

13.5.3. Fékbetét kopás befolyásolása

Ennek a működésmódnak az egyik hatékony eleme az üzemi- és a tartós lassító fék működésének összehangolása. Ennek az a lényege, hogy a fékpedál lenyomásakor kezdetben a súrlódásos fék lassít, de amint kialakul a tartós lassító fék megfelelő fékező nyomatéka, az kopásmentes módon átveszi a lassítás feladatát. Kisebb sebességnél, amikor csökken a tartós lassító fék nyomatéka, a lassítás egyre nagyobb részét ismét a súrlódásos elven működő üzemi fék fogja veszi át.

13.5.4. Fékbetét kopás kiegyenlítés

Ez a beavatkozás csak mérsékelt lassításoknál működik. Előfeltétele hogy a járműszerelvény valamennyi tárcsafékje el legyen látva kopásérzékelővel. Ennél a működési módnál a vastagabb fékbetétű tengely lesz csak fékezett. Intenzív lassításoknál, pánik szerű fékezéseknél ez nem aktiválható. Ez a részműködés az üzemeltető számára kedvező, mert a teljes járműszerelvénynél megközelítőleg egyidejű fékbetét cserét tesz lehetővé. Az járműgyártók igényeihez igazodva van olyan EBS programváltozat, melynél a fékbetét vastagság érzékelőt az új fékbetét beszerelését követően a diagnosztikai műszerrel „nullázni” kell és van olyan változat is ahol ez az algoritmus automatikusan felismeri az új fékbetétek beszerelését és felesleges a „nullázás”.

13.5.5. Kerékfék állapot megfigyelése

Az EBS figyelmeztető jelzést ad, ha a fékbetét elérte a megengedett kopáshatárt és akkor is amikor a féktárcsa túlhevült. Ez utóbbi egy matematikai modellel becsléssel történik.

13.5.6. Kiegészítő működések

13.5.6.1. Fék-asszisztens

Pánikszerű fékezéskor 1,5 – 2 szeres fékezőnyomást vezérel ki, mint ami hasonló körülmények között normál fékezéskor megtörténne. Így intenzívebben lassítja a gépkocsit, tehát rövidül a fékút.

13.5.6.2. „Tilt prevention”

Intenzív fékezéskor a vontatmány nélkül közlekedő nyergesvontató előre billenését akadályozza meg, a fékerő határolásával az első tengelyen.

13.5.6.3. „Hill Start Assistance”

Lejtőn megtartja a fékező nyomást akkor is, amikor a vezető visszaengedi a fékpedált. A járműszerelvény álló helyzetben tartásával egyszerűbbé és biztonságosabbá teszi az elindulást.

13.5.6.4. „Door brake”

Automatikus fékezést aktivál az autóbusz ajtajának kinyitásakor. Befékezve tartja a járművet amíg az ajtó nyitva van. A diagnosztikai műszerrel aktiválható, illetve tiltható le ez a működés, illetve beprogramozható, hogy melyik tengelyt, illetve mekkora nyomással fékezze.

13.5.6.5. Külső fékezési igény

Ennek a szakmában elterjedt angol elnevezése az external brake demand – illetve az XBR rövidítés. A fékezési igény a jármű más elektronikus rendszereitől érkezik. Automatikus fékezés történhet például az autóbusznál a becsuklás-gátló, vagy a radar érzékelő jele alapján, amit az Adaptive Cruise Control-nál (ACC) értékel ki.

13.6. Az elektropneumatikus fékrendszer részegységei

13.6.1. pedálmodul és működése

Ezt az egységet működteti a fékpedál, amellyel a vezető kezdeményezni tudja a lassítást.

Két fontosabb egységből áll:

  • elektromos jeladó a mikrokapcsolókkal,

  • kétkörös főfék-szelep.

Elektromos jeladók:

Ezt az egységet a fékpedál közelében műanyag burkolat alatt helyezik el. Két egymással ellentétesen elmozduló potenciométert és mikrokapcsolókat tartalmaz. Ezeket a gyártó sor végén, próbapadon, a gépkocsi típusának megfelelő karakterisztika alapján állítják be. A pedálmodul csak arra a gépkocsira szerelhető fel, amelyikre tervezték és beállították. Az EBS központi elektronikától 5 V-os tápfeszültséget kapnak a potenciométerek, ennek megfelelően feszültség jelet adnak. Hibamentes állapotban a fékpedál lenyomásakor először a kapcsolók testet kapcsolnak az elektronika megfelelő érintkezőjére. Ez kikapcsolt gyújtásnál is üzemképes állapotba hozza az elektronikát. A fékpedál pillanatnyi helyzetnek megfelelően a potenciométerek az 5 V-os tápfeszültséget felhasználva egy-egy feszültségjelet adnak. Az egyik csökkenő a másik növekvő jellegű, de összegük minden pillanatban állandó értékű. Ez biztosítja az ellenőrzés lehetőségét. Ezen jelek kiértékelése, és további információk figyelembevétele 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 és az elektronikus fékerő felosztás nem működik.

Az elektropneumatikus fékrendszer pedálmodulja.
13.4. ábra - Az elektropneumatikus fékrendszer pedálmodulja.


Fő-fékszelep egység

A pedálmodul kétkörös sűrített levegős része hasonló a kétkörös pedálszelepéhez, bár annál kisebb méretű és csatlakozói is kisebb átmérőjűek. Ennek az egységnek csak a biztonsági fékre előírt lassuláshoz tartozó nyomáskivezérlést kell teljesítenie. Elektromos hiba esetén ez látja el a biztonsági fék működtetésének feladatát. A fékpedál lenyomásakor nyomást vezérel ki a nyomásmodulokba. Elektromos hiba esetén a nyomásmoduloka beszerelt „back-up” szelepek árammentesek, ezért nyitva vannak. A beáramó sűrített levegő ilyenkor működteti a relészelepet, amely fékező nyomást vezérel ki a fékkamrákba.

13.6.2. Egycsatornás nyomásmodul

Általában az első futómű közelében szerelik fel rögzítő csavatokkal az alvázra. Két db. 30 négyzetcol méretű fékkamrát képes működtetni. A modul felső műanyag fedele alatt található az elektronika és ennek közelében az elektomos csatlakozók.

Az EBS központi elektronikával a „Fék – CAN”-en keresztül áll kapcsolatban. Két kerékfordulatszám-, és két fékbetét kopás érzékelő jelét tudja fogadni. Ezeket az információkat CAN üzenetként továbbítja a központi elektronikának.

Részei:

  • Elektronika, a műanyag fedél alatt.

  • 3 db. elektromágneses szelep, (nyomás növelő, -csökkentő és back-up)

  • nyomásérzékelő, az elektronika paneljére szerelve

  • relé-szelep, a ház alsó részében.

  • elektromos és sűrített levegő csatlakozók.

Egycsatornás nyomásmodul.
13.5. ábra - Egycsatornás nyomásmodul.


Működése:

Ha az elektromos rendszer működőképes, a back-up szelep zárva van. A nyomáskivezérlés az elektromágneses szelepekkel történik, melyeket a modul elektronikája működtet a központi elektronika parancsának megfelelően. Elektromos hiba esetén a nyitott „back-up” szelepen keresztül a pedálmodullal kivezérelt nyomás jut el a relé-szelephez, amely a fékkamrát fékező nyomással látja el. A nyomásérzékelő adja a visszacsatolást a modul elektronikájának. A kezdeti időkben az első futóműre két modult szereltek. A nyomáskivezérlésen kívül ezek végezték az ABS szabályozást is. Jelenleg a legtőbb haszonjármű típusra egy nyomásmodult és két ABS szelepet szerelnek. Így olcsóbb lesz a rendszer és dinamikusabban működik az ABS szabályozás is.

Menet helyzet:

A modul 1-es csatlakozójánál tartálynyomás van. A 2-es és a 4-es csatlakozók nyomásmentesek. Az elektromágneses „back-up” szelep nyitott. Nyomásnövelő és a nyomáscsökkentő szelepek zártak.

Fékezés:

Ha az EBS hibamentes, először a „back-up” szelep zár, így a fékezési folyamatra a 4-es vezérlő bemenetéhez érkező nyomásnak nincs befolyása. Az elektronika a nyomásnövelő és a nyomáscsökkentő szelepekkel állítja be a relé-szelep dugattyúja feletti nyomást. Ezért az lefelé mozdul és a 2-es kimeneti csatlakozón megjelenik a nyomás, melyet nyomásérzékelő visszajelez a modul elektronikájának. Ha eltérés van a számított és a tényleges nyomásérték között, az elektronika beavatkozik.

ABS, illetve ASR szabályozás esetén is a nyomáscsökkentő, illetve a nyomásnövelő szelepek fognak működni, ha mindkét kerékhez tartozik egy - egy nyomásmodul.

Meghibásodás:

Ha a modul meghibásodik, például megszakad a CAN- kapcsolat, illetve a tápfeszültség, a „back-up” szelep nyitva marad. A 4-es csatlakozóhoz érkező nyomás relé-szelepként működteti a modult.

13.6.3. Két csatornás nyomásmodul

Ezt a hátsó futómű fékezéséhez fejlesztették ki, de az iker tengelyhez is használható. Konstrukciós kialakítása olyan, mint amikor két darab egycsatornás modult építenek össze. Összesen 4 db 30 négyzetcolos fékkamrának a fékező nyomás kivezérlését tudja ellátni. A modul fedele alá beépített elektronika az elektropneumetikus fékrendszer központi elektronikájával CAN adatátviteli kapcsolatban van. Négy kerékfordulatszám-, és négy fékbetét kopás érzékelő jelét tudja fogadni. Így tehát ez egy négy csatornás szerelvény. Csatornánként 1 db. „back-up” és 1 db. nyomásnövelő és 1 db. nyomáscsökkentő elektromágneses szeleppel vezérli ki a fékezőnyomást. Mindkét csatornához tartozik egy-egy nyomásérzékelő is. A csatornánkénti működése olyan, mint az egycsatornás modulé.

Kétcsatornás nyomásmodul.
13.6. ábra - Kétcsatornás nyomásmodul.


13.6.4. Pótkocsi fékvezérlő modul

A hagyományos légfék rendszerrel ellátott régebbi pótkocsik fékezésére használják. Az elektronikus fékrendszerrel szerelt pótkocsik fékezése a vontató központi fék elektronikájától a ”Trailer CAN” -en keresztül elektronikus működtetéssel történik.

Ezt az egységet az angol Trailer Control Modul elnevezése alapján TCM –nek rövidítik. Feladata a pótkocsi sűrített levegő ellátásának és fékezésének a biztosítása. Ezen keresztül töltődik a pótkocsi sűrített levegő hálózata. A vontató bármely fékkörének működésekor (üzemi-, vagy rögzítő fék) a pótkocsi fékező vezetékébe (sárga) a fékezés intenzitásának megfelelő nyomású sűrített levegőt vezérel ki. A pótkocsi leszakadásakor teljesíti az automatikus befékeződés feladatát. A központi elektronika működteti a modulba beépített elektromágneses szelepeket. A TCM és a központi fék elektronika között analóg elektromos jelátvitel valósul meg.

A pótkocsi fékező modul (TCM) részei:

  • elektromágneses szelepek (1 db. back-up, 1 db. nyomásnövelő- 1. db. nyomáscsökkentő),

  • nyomásérzékelő,

  • elektromos és sűrített levegő csatlakozók,

  • két vezérlőkamrás relé-szelep az üzemi fékkörökhöz,

  • egy vezérlőkamrás relé-szelep a rögzítő fékhez,

  • hangtompító.

Pótkocsi fékező modul.
13.7. ábra - Pótkocsi fékező modul.


Működése menethelyzetben

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

Fékezés üzemi fékkel

Az újabb változatnál már az EBS központi elektronika működteti a TCM elektromágneses szelepeit a pótkocsi fékezésekor. Ennek közreműködésével valósul meg a „kapcsolóponti erőszabályozás”, vagyis a vontató és a pótkocsi fékrendszerének összehangolása. A pedálmodultól csak az egyik „back-up” kört kötik be ehhez a szerelvényhez. Hibamentes állapotban a „back-up” szelep zár. A fékező nyomást a nyomásnövelő és a nyomáscsökkentő szeleppel állítja be az elektronika. A pótkocsi fékező vezeték kapcsolófejéhez a nyomást az egységbe integrálisan beépített relé-szelep vezérli ki és a nyomásérzékelő jelzi vissza.

Fékezés rögzítő fékkel

A rögzítő fék szelep működtetésekor a 43-as csatlakozó nyomásmentessé válik. Ennek hatására a belső szeleptest fölfelé mozdul a szelepházban lévő nyomás miatt és a 22-es csatlakozóhoz, nyomás vezérlődik ki.

Elektromos hiba:

Ilyenkor a back-up szelep nyitva marad, a 42-es csatlakozón keresztül a vezérlőkamrába nyomás kerül, melyet a pedál modul küld ide. Hatására a relé dugattyú lefelé mozdul és 22-es kimenetnél megjelenik a fékező nyomás. A leszakadáskor történő befékeződés a hagyományos pótkocsi fékvezérlő szelephez hasonlóan egy integrálisan beépített 2/2-es szelep révén valósul meg.

13.6.5. Az elektropneumatikus fékrendszer központi elektronikája

Ez a fékrendszer központi szabályozó egysége. Általában a vezetőfülkében, vagy autóbuszban valamely zárt részbe védett helyre szerelik be. A fém dobozban a nyomtatott áramköri panelre szerelik a mikrokontrollereket és más áramköri elemeket. Szűrő áramkörök védik a különböző elektromos zavaró tényezőktől a bemeneteket. A futóműveknél elhelyezett fékező modulokat (EPM) és a pótkocsit fékező modult (TCM)-et 24 V-os, a fékpedál modult (FBM) 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 gyújtás bekapcsolását követően egymás után mindegyik modult bekapcsolja. Ha valamelyiknél elektromos hibát észlel, azt kikapcsolja és a műszerfalon elhelyezett ellenőrző lámával hibajelzést ad a gépkocsivezetőnek.

Az elektropneumatikus fékrendszer központi elektronikája.
13.8. ábra - Az elektropneumatikus fékrendszer központi elektronikája.


13.6.6. Az elektropneumatikus fékrendszer ellenőrző lámpái

Ha a központi elektronika a fékrendszerben hibát észlel, a CAN hálózaton keresztül a műszerfalba beépített információs modulnak üzenetet küld, ami működteti az ellenőrző lámpát. Ezzel tájékoztatja a vezetőt az elektropneumatikus fékrendszer pillanatnyi állapotáról. Pótkocsi vontatására feljogosított gépkocsiknál egy piros és egy sárga ellenőrző lámpa a vontató hibáit jelzi. A másik piros és sárga ellenőrző lámpa pedig a pótkocsi elektropneumatikus fékrendszerére vonatkozik.

A 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.

Ez az ellenőrző lámpa hibamentes állapotban a gyújtás bekapcsolását követően 3 másodpercig világít, majd kialszik.

EBS sárga színű ellenőrzőlámpa

Akkor világít, ha az elektropneumatikus fékrendszer valamelyik szabályozási, köre meghibásodott ugyan, de ekkor is jól tapadó, szilárd útburkolaton fékezve a hatóságilag előírt lassulás a gépkocsival elérhető. Hibamentes esetben a gyújtás bekapcsolásakor 3 másodpercig világít, majd kialszik.

13.6.7. ESP szabályozás az elektropneumatikus fékrendszer egyik alprogramja

Az elektropneumatikus fékrendszert ellátják egy a haszonjárművek speciális sajátosságait figyelembe vevő Elektronikus Stabilitás Programmal. Ez a rendszer a fizikai törvények határain belül képes stabilizálni a járművet a legkülönbözőbb veszélyes menethelyzetben. Megakadályozza a gépkocsi alul-, illetve a túlkormányozott viselkedését kisodródását az útról és csökkenti a felborulás veszélyét. Az ESP két speciális érzékelője (kormánykerék elfordítás-, és a perdülés érzékelő. Az ESP működés jelenleg a központi fék elektronika integrális része. Korábban ehhez egy külön elektronikát kellett beszerelni.

Az ESP beavatkozási lehetőségei:

Amikor az elektronika felismeri, hogy a gépkocsi alulkormányzott módon viselkedik, az ESP, a kanyar irányától függően az egyik hátsó kereket impulzus szerűen fékezi. Túlkormányzott esetben az ESP a kanyar irányától függően az egyik első kereket és a nyerges félpótkocsit is fékezi. Ez utóbbival megakadályozza a szerelvény becsuklását. Amennyiben szükséges a fékezési beavatkozások a motor nyomatékának csökkentésével is együtt járnak.

13.6.7.1. Az ESP kormánykerék elfordítás érzékelője

A fékrendszer központi elektronikája látja el 5 V –os tápfeszültséggel a magneto-rezisztív elven működő érzékelőt, melyet a kormánykerék tengelyére szerelnek fel. Arra rögzítik az érzékelő nagy fogaskerekét, melyhez két kissebb kapcsolódok. A kis fogaskerekek egymáshoz nem kapcsolódnak. Fogszámuk viszont egymástól eggyel eltér. Ezekre a kis fogaskerekekre egy-egy állandó mágnest rögzítenek, melyek az érzékelők előtt forognak. Ennek hatására azokban egy-egy színuszos jel képződik. Az érzékelő saját elektronikája a jelek alapján folyamatosan megállapítja a kormánykerék elfordításának irányát, sebességét és szöghelyzetét. Ezeket az információkat a CAN hálózaton keresztül küldi a fékrendszer központi elektronikának.

Az érzékelő működési tartománya 1560°, azaz 4,3 kormánykerék fordulat. Meghibásodása esetén az ESP kikapcsol és az ESP ellenőrző lámpa világít. Ezzel figyelmezteti a gépkocsivezetőt a hibára.

Az egyenes-meneti kalibrációt a gépkocsi típusának megfelelő diagnosztikai műszerrel a következő esetekben kell elvégezni:

  • a gépkocsi első üzembe helyezése előtt, a szerelősor végén,

  • 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 végrehajtani. Ennek során a hibakód-tárolót törölni kell. Ha nem végezték el az egyenes-meneti kalibrációt a hibajelzés nem szűnik meg.

Az ESP kormánykerék elfordítás érzékelője.
13.9. ábra - Az ESP kormánykerék elfordítás érzékelője.


13.6.7.2. Az ESP perdülés- és kereszt irányú gyorsulásérzékelője

Az érzékelőt a gépkocsi alvázára, a tömegközéppont közelében egy meghatározott helyre szerelik fel. Ettől nem szabad eltérni. Ha ez az érzékelő meghibásodik, az ESP kikapcsol. A fékrendszer ekkor is működőképes marad.

Ez az érzékelő a gépkocsi tömegközépponti függőleges tengely körüli elfordulás sebességét, irányát és a kereszt irányú gyorsulást méri. Ehhez egy közös házba két érzékelőt építenek be. A fékrendszer központi elektronika látja el 5 V tápfeszültséggel.

A mikromechanikai perdülés érzékelő belsejében kvarckristályból kialakított két oszcilláló tömeget helyeznek egy szintén kvarckristálynól készített keretbe. Amikor a gépkocsi megperdül a saját frekvenciával rezgetett tömegekre Coriolis erő hat. Az oszcilláló irányra merőlegesen, kapacitív elven méri a perdülési sebességet. Az egymással párhuzamosan beszerelt differenciál kondenzátorok fegyverzetei közötti távolság az Coriolis erő hatására egyik oldalon nagyobb, a másikon pedig kisebb lesz, ezért változik a kapacitás.

Ugyanabba az érzékelő házba építik be a kereszt irányú gyorsulásérzékelőt is. Az érzékelők jeleit a saját elektronika értékeli ki és az információkat a CAN hálózaton keresztül továbbítja az elelektopneumatikus fékrendszer központi elektronikájának.

Az ESP perdülés és kereszt irányú gyorsulás érrzékelője.
13.10. ábra - Az ESP perdülés és kereszt irányú gyorsulás érrzékelője.


13.7. A pótkocsi elektropneumatikus fékrendszere

A pótkocsikhoz kifejlesztett speciális elektropneumatikus fékrendszer, a TEBS, fékkamrákkal, vagy kombinált rugóerő tárolós munkahengerrel működtetett tárcsa-, vagy dobfékes pótkocsiknál alkalmazható.

Előnyei:

  • Rövidebb fékút.

  • Fékezés a CAN üzenet, vagy a pneumatikus fékezőjel alapján is történhet.

  • Terhelés függő fékerő elosztás a programozott karakterisztika szerint, vagy csúszás különbség szabályzás alapján.

  • Javított ABS működés.

  • Borulás gátló rendszer is a pótkocsi fékrendszer részét képezheti.

  • Fék asszisztens szolgáltatás

  • Túlterhelés védelem az integrált kétutas szelepen keresztül.

  • Fékbetét kopás ellenőrzés.

  • Felemelhető (liftes) tengely vezérlése.

  • Javított figyelmeztető lámpa működés.

  • A ”Pótkocsi Információs Modul” (TIM) diagnosztikai berendezés használható a hibák feltárására.

  • Párhozamosan használható tápfeszültség kialakítás ISO 7638, illetve ISO 1185 szerint.

  • Pneumatikus „Back up” lehetőség.

  • Szervizbarát diagnosztika.

A TEBS fékrendszerrel felszerelt pótkocsi vontatható hagyományos, ABS-el, vagy EBS-el ellátott vontatóval is. A TEBS rendszer teljes működéséhez ki kell építeni az ISO7638 szerinti tápfeszültség ellátást (EBS rendszerű vontató esetén a CAN vezetékeket ISO 11992). Amennyiben csak az ISO1185 szerinti tápfeszültség ellátás érhető el, akkor az ABS és az ALB (2002 júliusától) működések aktívak.

13.7.1. A pótkocsi elektropneumatikus fékrendszerének felépítés és működése

A hagyományos pótkocsi fékrendszerekhez képest a TEBS lényegesen kevesebb részegységből áll. A pótkocsi fékrendszerének kialakításához a következő elemek szükségesek:

  • Kapcsolófejek, és elektromos csatlakozók,

  • Kombinált oldó-szelep integrált leszakadás védelemmel,

  • Pótkocsi modul, és

  • a hagyományos rendszereknél alkalmazott kombinált fékkamrák.

Menet helyzetben az összekapcsolt töltő vezetéken keresztül megtörténik a pótkocsi légtartályának és a fékrendszerének a feltöltése sűrített levegővel. Amennyiben a rögzítő fék rendszer nincs befékezve, akkor a rugóerőtárolós fékkamrák is feltöltődnek az integrált leszakadás védelemmel ellátott kombinált oldó-szelepen keresztül. Először az üzemi és a rögzítő fékrendszerek töltődnek, majd az áteresztő szelep nyitása után a többi sűrített levegő fogyasztó is.

A gyújtás bekapcsolása után a pótkocsi fékvezérlő modulba beépített elektronika elvégzi az ön-, és rendszer ellenőrzést és az esetleges hibákat a hibakódként megjegyzi. Hiba esetén a rendszer részlegesen kikapcsol. A pótkocsi modulba beépített nyomás érzékelő méri a tápnyomást, és amennyiben az 4,5 bar alatt, vagy 10 bar fölött van, akkor bekapcsolja a figyelmeztető lámpát.

A terhelés a légrugóktól a 42-es csatlakozóra érkező nyomás alapján határozható meg, amelyet egy nyomásérzékelő figyel.

Az elektronikába betáplált póluskerék fogszám és a gumiabroncs mérete alapján az elektronika kiszámítja a sebességet a kerékfordulatszám érzékelők jelei alapján, továbbá megállapítja, hogy kanyarban vagy egyenesen halad a jármű.

Pótkocsi elektropneumatikus fékrendszere.
13.11. ábra - Pótkocsi elektropneumatikus fékrendszere.


Üzemi fékezéskor

A fékező vezeték nyomása eljut a pótkocsi fékező modulba, ahol a nyomás érzékelő elektromos jelként küldi a fékezési igényt a modulba beépített elektronikának. A fékezési igény és a terhelési állapot alapján az előre beprogramozott karakterisztika alapján az elektronika meghatározza a fékező nyomást, amelyet az elektromágnesek vezérlésével juttat a fékkamrákba. Ezt a kimenethez beszerelt nyomás érzékelő méri és az eredményt visszacsatolja az elektronikának. Ezzel a zárul a belső szabályzó kör.

Ha a vontató EBS rendszerrel van ellátva és ki van építve az ISO11992 szerinti CAN kommunikáció, akkor a fékezési igény a CAN rendszeren keresztül érkezik a pótkocsihoz, amelynek prioritása van a pneumatikus jellel szemben. Egyébként a fékezési folyamat az előzőekben leírtak szerint történik, de annál sokkal dinamikusabban.

A rögzítő fék használata

A rögzítő fék működtetése a kombinált oldószelep segítségével lehetséges, a dobfékek védelmében a pótkocsi modul integráltan tartalmaz egy kétutas szelepet, amely megakadályozza az üzemi fék és a rögzítőfék hatásának összeadódását kerékfékszerkezetnél.

Az automatikus befékeződés

Ez a töltővezeték szétkapcsolásakor, vagy sérülésekor lép működésbe, szintén a kombinált oldó szelepen keresztül működteti a fékrendszert az integrált leszakadás-védelmi működésnek köszönhetően. A fékhatás a hagyományos pótkocsiktól eltérően nem az üzemi féken keresztül, hanem a rögzítő fék révén fejti ki a fékerőt.

13.7.2. A pótkocsi elektropneumatikus fékrendszerének kiegészítő működései

A pótkocsi elektronikus fékező modulján keresztül különféle kiegészítő működések valósíthatók meg, amelyek vagy a sebességjelhez, vagy a légrugóktól érkező terhelésjelhez vannak kötve. A működési paraméterek a szerelősor végén a diagnosztikai berendezés segítségével (EOL = End of Line szerelősor végi) programozással aktiviválhatók, illetve kikapcsolhatók.

A fontosabb kiegészítő működések:

  • RTR funkció: (Reset to ride) A konténer-kapcsoló szelep automatikus visszaállítása menethelyzetbe. Ezzel automatikusan beáll a gyárilag megadott utazási felépítmény magasság.

  • ISS működés: Sebesség függő kapcsoló, ami a kimenetére vagy testet, vagy feszültséget kapcsol.

  • LAC funkció: (Lift axe control) Automatikus felemelhető tengely vezérlés. (Amely álló helyzetben is aktív lehet.)

  • Terhelés jelzés: A aktuális légrugó nyomás alapján a TIM-en (pótkocsi információs modul) keresztül kijelezhető.

  • Kilométer számláló: A póluskerék fogszáma és a kerék dinamikus gördülési sugara segítségével határozza meg a megtett távolságot, abba az esetben, ha az elektronika feszültség alatt van.

  • TRSP: (Trailer Roll Satbility Program) elektronikusan vezérelt stabilitás program. A pótkocsi fékező modulba beépített oldalgyorsulás érzékelő küszöbérték feletti jelére lép működésbe. Az elektronika egy fékező impulzust küld, a kanyar ívének belső kerekeire. Azok erre kétféle módon reagálhatnak.

    • A kanyarív külső kerekekhez képest nincs jelentős keréksebesség változás. Ez azt jelenti, hogy a beállított határérték az adott járműnél nem helyes, ezért a határértéket újra kalkulálja (öntanuló rendszer) és inaktív állapotba kapcsolja a TRSP működést.

    • A kanyarív külső kerekekhez képest jelentős keréksebesség változás a belső íven, ami azt jelenti, hogy a pótkocsi borulási határhoz közelít, ezért az elektronika az úton maradó kerekeket erőteljesen fékezi. Emiatt egyrészt csökken a jármű sebessége, másrészt a gumiabroncsok oldaltartási képessége is csökken a fékezőerő hatására. Ezen két tényező együttes hatása a borulás közeli helyzet elhárul. Amikor a pótkocsi visszanyerte stabilitását ez a működésmód kikapcsol.

  • Elindulás segítés: A terhelt nyerges pótkocsinál lehetséges egy kapcsoló jelére a liftes tengelyt felemelni, ezzel megnövekszik a nyereg-, és emiatt a vontató hajtott kerekek terhelése. Csúszós úton ez megkönnyíti az elindulást. Ennél a működésmódnál az alapkonfiguráció szerint a pótkocsi tengelyének maximum 30%-os túlterhelést engedélyezi, és maximum 30 km/h sebességhatárig aktív ez a működési mód.

  • LAC kikapcsolása: Egy kapcsoló jelre az elektronika a pótkocsi üres állapotában is engedélyezi a liftes tengely leengedését. Ez nagy sebességnél a járműszerelvény stabilizálását eredményezi.

  • Fék asszisztens: Mint ahogy a vontatón, úgy a pótkocsin is aktív ez a vezetőt támogató asszisztens működés. A 90%-os fékezési igény átlépése esetén a terhelési állapottól függetlenül engedélyezi a maximális fékerő kivezérlését.

  • Betétkopás érzékelés: A kerékfékszerkezetben elhelyezett fékbetét kopás érzékelő jelére a kopáshatár elérésekor bekapcsolja a figyelmeztető lámpát.

  • Hibafelismerés: Az elektronika a rendszerben fellépő elektromos hibákat felismeri. Meghibásodás esetén részben, vagy egészben kikapcsolja a rendszert, a hiba jellegétől függően és hibajelzést ad.

  • TIM: Pótkocsi információs modul, amelyen keresztül lehetséges a TEBS rendszer gyorsdiagnosztikáját elvégezni és a metett km-eket kiolvasni.

Második generációs pótkocsi fékező modul az elektronikával.
13.12. ábra - Második generációs pótkocsi fékező modul az elektronikával.


13.8. Ellenőrző kérdések

  1. Foglalja össze az elektropneumatikus fékrendszer előnyeit!

  2. Mi biztosítja az elektropneumatikus fékrendszer működéséhez az energiát?

  3. Hogyan történik az elektropneumatikus fékrendszernél a fékezésre vonatkozó információk átvitele?

  4. Ismertesse egy közúti vontató gépkocsi elektropneumatikus fékrendszerének részeit!

  5. Ismertesse az elektropneumatikus fékrendszer egycsatornás nyomásmoduljának felépítését és működését!

  6. Ismertesse az elektropneumatikus fékrendszer kétcsatornás nyomásmoduljának felépítését és működését!

  7. Ismertesse az elektropneumatikus fékrendszer pedálmoduljának felépítését és működését!

  8. Ismertesse az elektropneumatikus fékrendszer pótkocsi fékező moduljának felépítését és működését!

  9. Milyen feladatokat lét el az elektropneumatikus fékrendszer központi elektronikája?

  10. Ismertesse az elektropneumatikus fékrendszer ellenőrző lámpáinak működését!

  11. Hogyan működik és milyen érzékelők jeleit használja az ESP?

  12. Milyen fő-, és kiegészítő működései vannak az elektropneumatikus fékrendszernek?

  13. Ismertesse a pótkocsi elektropneumatikus fékrendszerének felépítését és működését!

  14. Milyen fő-, és kiegészítő működései vannak a pótkocsi elektropneumatikus fékrendszerének?

  15. Hogyan működik a TRSP?