Τ.Ε.Ι. ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟ ΛΟ ΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜ ΗΜ Α ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΘΕΜΑ: Η ΝΕΑ ΤΕΧΝΟΛΟ ΓΙΑ ΣΤΗΝ ΕΝΕΡΓΗΤΙΚΗ ΑΣΦ ΑΛΕΙΑ ΤΟΥ ΑΥΤΟ ΚΙΝΗΤΟ Υ Ό νομα σπουδαστή: =ηροσαββίδης Μ. Κω ν/νος Επιβλέπων καθηγητής: Κω στής Ι. Γεώργιος Καβάλα 30-10-2009
ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η δεκαετία του 80 ήταν εκείνη που σηματοδότησε τη μετάβαση στη νέα «ηλεκτρονική εποχή», όπου δειλά δειλά άρχισαν να κάνουν έκδηλη την παρουσία τους οι πρώτες ηλεκτρονικές συσκευές ελέγχου σε μαζικής παραγωγής οχήματα. Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι η χρήση του συστήματος ABS, που πριν μερικά χρόνια θεωρείτο ως ένα από τα πιο προηγμένα ηλεκτρονικά συστήματα και χρησιμοποιώταν μόνο σε υψηλού κόστους οχήματα, για να τοποθετείται σήμερα σχεδόν σε όλα τα οχήματα ευρείας παραγωγής. Ποιες ήταν, όμως, οι ανάγκες εκείνες που οδήγησαν στην ανάπτυξη και το σχεδιασμό των συστημάτων αυτών; Βασικό μέλημα των κατασκευαστών είναι η επίτευξη της μέγιστης δυνατής ασφάλειας ενός οχήματος, τόσο στον ενεργητικό, όσο και στον παθητικό τομέα. Η δυνητική αύξηση της παθητικής ασφάλειας χαρακτηρίστηκε από τη χρήση ζωνών ασφαλείας τριών σημείων, αερόσακων οδηγού, συνοδηγού, πλευρικών και τύπου κουρτίνας, ενεργητικών προσκέφαλων, πυροτεχνικών εντατήρων, άκαμπτων πλαισίων, πλευρικών μπαρών προστασίας και πολλών άλλων παρόμοιων μηχανισμών, τα αποτελέσματα των οποίων είναι προφανή στη μείωση των ατυχημάτων και την προστασία των επιβαινόντων. Εκτός, όμως, από την παθητική ασφάλεια, οι κατασκευαστές οχημάτων, επικέντρωσαν την προσοχή τους και σε έναν άλλο τομέα εξίσου σημαντικό και καθοριστικό για την εξέλιξη ενός ατυχήματος, που δεν είναι άλλος από την ενεργητική ασφάλεια, στα πλαίσια της οποίας εξελίχθηκαν τα διάφορα ηλεκτρονικά συστήματα, που χρησιμοποιούνται σήμερα ευρέως σε οχήματα μαζικής παραγωγής. Στην ενεργητική ασφάλεια εντοπίζεται και το θέμα του παρόντος πονήματος. Ο λόγος, για τον οποίο επιλέχτηκε το θέμα αυτό της πτυχιακής εργασίας, είναι η σημαντικότητα και η σοβαρότητα της ενεργητικής ασφάλειας σε ένα αυτοκίνητο, καθώς επίσης και η πληθώρα των νέων συστημάτων που έχουν επινοηθεί τα τελευταία χρόνια. ΞΗΡΟΣΑΒΒΙΔΗΣ ΚΩΝ/ΝΟΣ - ΚΑΒΑΛΑ 2009 Σελίδα 2
ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ ΕΙΣΑ ΓΩ ΓΗ ΣΕΛ. Ε.1 Ασφάλεια κατά την οδήγηση... 15 Ε.2 Ενεργητική ασφάλεια - Γενικά... 17 Ε.2.1 Η επιτάχυνση... 18 Ε.2.2 Το σύστημα πέδησης (φρενάρισμα,)... 18 Ε.2.3 Η ευστάθεια... 21 Ε.2.4 Συστήματα προληπτικής ασφάλειας... 22 Ε.2.5 Λοιπά συστήματα... 23 Ε.2.6 Συμπεράσματα... 22 Ε.3 Ηλεκτρονικά συστήματα - Γενικά... 26 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1ο ΣΥΣΤΗΜ Α ΑΝΤΙΜΠΛΟΚΑΡΙΣΜΑΤΟΣ ΤΡΟΧΩΝ (ABS) 1.1 Γενικά... 31 1.2 Δυνάμεις που επιδρούν στο αυτοκίνητο... 34 1.2.1 Υπερστροφή - Υποστροφή... 36 1.3 Σύστημα πέδησης - Λειτουργία ABS... 37 1.4 Τ μήματα συστήματος ABS... 40 1.4.1 Αισθητήρες στροφών... 41 1.4.2 Ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου... 42 1.4.3 Ηλεκτροϋδραυλική μονάδα... 45 1.5 Παραλλαγές συστήματος ABS... 50 1.6 Συντήρηση - Έλεγχος - Βλάβες του συστήματος... 53 1.7 ABS 8.1, το νεότερο σύστημα από την Bosch... 54 1.8 Απαιτήσεις από το ABS... 57 1.9 Μύθοι και πραγματικότητα για το ABS... 58 ΞΗΡΟΣΑΒΒΙΔΗΣ ΚΩΝ/ΝΟΣ - ΚΑΒΑΛΑ 2009 Σελίδα 3
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΣΥΣΤΗΜ ΑΤΑ ΕΛΕΓΧΟΥ ΟΛΙΣΘΗΣΗΣ ΤΡΟΧΩΝ ΚΑΙ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑΣ 2.1 Γενικά... 61 2.2 ESP - Ηλεκτρονικό Πρόγραμμα Ελέγχου Ευστάθειας... 62 2.2.1 Γενικά... 62 2.2.2 Αισθητήρες - Ηλεκτρονική Μονάδα Ελέγχου του ESP... 63 2.2.3 Λειτουργία του ESP... 64 2.2.4 Χρησιμότητα του ESP... 66 2.3 EBD - Σύστημα Ηλεκτρονικής Κατανομής Πέδησης... 67 2.4 TCS - Σύστημα Ελέγχου Πρόσφυσης... 68 2.4.1 Γενικά... 68 2.4.2 Λειτουργία του TCS... 69 2.4.3 Τμήματα του TCS... 71 2.5 ABD - Διαφορικό Αυτόματης Πέδησης... 72 2.6 BAS - Σύστημα Υποβοήθησης Πέδησης... 72 2.7 EDL - Ηλεκτρονικά Ελεγχόμενο Διαφορικό... 74 2.7.1 Λειτουργία του EDL... 75 2.7.2 Εξαρτήματα του EDL... 76 2.8 SBC - Σύστημα Ελέγχου Φρένων... 77 2.8.1 Χρήση και λειτουργία του SBC... 77 2.8.2 Εφαρμογή του συστήματος SBC της Bosch στην Mercedes SL... 79 2.9 ARP - Ενεργό Σύστημα Προστασίας Ανατροπής... 81 2.10 HDC - Έλεγχος Κατάβασης Λόφων... 81 2.11 Σύστημα AYC (της Mitsubishi)... 82 2.12 Σύστημα ABS/ASR/EBS για φορτηγά, της BOSCH... 83 2.13 MSR - Ηλεκτρονικός έλεγχος ροπής του κινητήρα... 84 2.14 RBS - Υποστήριξη Φρένων σε βροχή... 84 2.15 HSA - Σύστημα Υποβοήθησης Εκκίνησης σε Ανηφόρα... 85 2.16 TSA - Σύστημα Ελέγχου Ευστάθειας Τρέιλερ... 85 2.17 IDS Plus (Interactive Driving System)... 86 2.18 FBS - Υποστήριξη εξασθενούμενων φρένων... 87 ΞΗΡΟΣΑΒΒΙΔΗΣ ΚΩΝ/ΝΟΣ - ΚΑΒΑΛΑ 2009 Σελίδα 4
2.19 Steer Control... 87 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3ο ΑΛΛΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΝΕΡΓΗΤΙΚΗΣ ΑΣΦΑΛΕΙΑΣ 3.1 Bi-Xenon - (Xenon Διπλής Ενέργειας)... 89 3.2 Head - up Display... 89 3.3 Adaptive High-Beam Assist... 90 3.4 Night View Assist (Σύστημα Υποβοήθησης Νυχτερινής Οδήγησης)... 91 3.5 Speed Limit Assist... 92 3.6 Συστήματα Υποβοήθησης Διατήρησης Λωρίδας... 93 3.7 Attention Assist (Σύστημα Εφίστασης Προσοχής)... 97 3.8 Distronic Plus... 98 3.9 Adaptive Brake (Προσαρμοζόμενο Σύστημα Πέδησης)... 99 3.10 Blind Spot Assist (Υποβοήθηση Νεκρής Γωνίας Ορατότητας)... 100 3.11 Intelligent Light System - ILS (Έξυπνο Σύστημα Φωτισμού)... 102 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4ο ΤΟ ΜΕΛΛΟΝ ΣΤΗΝ ΕΝΕΡΓΗΤΙΚΗ ΑΣΦΑΛΕΙΑ 4.1 EWB από τη Siemens VDO - Φρένο με Ηλεκτρονική Λειτουργία... 104 4.2 Μελλοντική πρόταση για μεγαλύτερη ασφάλεια από τη FORD... 106 4.3 GM Vehicle 2 Vehicle... 107 4.4 Car-2-X Communication... 112 4.5 Pre-crash Safety System με Παρακολούθηση Ματιών... 115 4.6 Υποχρεωτικό το ESP στην Ευρώπη από το 2012... 117 ΞΗΡΟΣΑΒΒΙΔΗΣ ΚΩΝ/ΝΟΣ - ΚΑΒΑΛΑ 2009 Σελίδα 5
ΠΑΡΑΡΤΗΜ Α 1ο ΧΡΟ ΝΟΛΟ ΓΙΕΣ ΔΙΑΦΟΡΩ Ν ΕΦ ΕΥΡΕΣΕΩΝ ΑΣΦ Α ΛΕΙΑ Σ... 119 ΠΑΡΑΡΤΗΜ Α 2ο ΕΓΚΥΚΛΟΠΑΙΔΙΚΟ ΤΕΧΝΙΚΟ ΛΕΞΙΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟΥ... 122 ΣΥΜ ΠΕΡΑΣΜ ΑΤΑ - ΠΡΟ ΤΑΣΕΙΣ... 149 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ... 152 ΞΗΡΟΣΑΒΒΙΔΗΣ ΚΩΝ/ΝΟΣ - ΚΑΒΑΛΑ 2009 Σελίδα 6
ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟ Μ ΕΝΩ Ν ΕΙΚΟΝΩΝ ΕΙΣΑ ΓΩ ΓΗ ΣΕΛ. Εικόνα Ε.1 Δίσκος και δαγκάνα υδραυλικού συστήματος πέδησης... 19 Εικόνα Ε.2 Διάγραμμα κυκλώματος συμβατικού υδραυλικού συστήματος Πέδησης... 20 Εικόνα Ε.3 Ελιγμός αποφυγής εμποδίου έκτακτης ανάγκης... 21 Εικόνα Ε.4 Κάθισμα οδηγού τύπου semi bucket για βέλτιστη συγκράτηση... 24 Εικόνα Ε.5 Χειριστήρια ηχοσυστήματος και άλλων λειτουργιών στο τιμόνι... 25 Εικόνα Ε.6 Πινακίδα αναγγελίας κινδύνου λόγω ολισθηρού οδοστρώματος... 27 Εικόνα Ε.7 Υπνηλία κατά την οδήγηση... 28 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1ο ΣΥΣΤΗΜ Α ΑΝΤΙΜΠΛΟΚΑΡΙΣΜΑΤΟΣ ΤΡΟΧΩΝ (ABS) Εικόνα 1.1 Δοκιμή συστήματος ABS... 31 Εικόνα 1.2 Χωρίς ABS, οι τροχοί έχουν μπλοκάρει και το όχημα έχει εκτραπεί... 32 Εικόνα 1.3 Με ABS, το όχημα παραμένει απολύτως πηδαλιουχήσιμο και διατηρεί την κυκλική του πορεία ακόμη και στην περίπτωση του φρεναρίσματος πανικού... 32 Εικόνα 1.4 Διαφορά φρεναρίσματος αυτοκινήτου σε ευθεία με ABS και χωρίς ABS... 33 Εικόνα 1.5 Διαφορά φρεναρίσματος αυτοκινήτου σε στροφή με ABS και χωρίς ABS... 33 Εικόνα 1.6 Προσοχή και με το ABS... 34 Εικόνα 1.7 Κύκλος ισορροπίας δυνάμεων ή Κύκλος Kamm... 35 Εικόνα 1.8 Δυνάμεις που επενεργούν στο τροχό του αυτοκινήτου... 35 Εικόνα 1.9 Υπερστροφή αυτοκινήτου... 37 Εικόνα 1.10 Υποστροφή αυτοκινήτου... 37 Εικόνα 1.11 Διάγραμμα δυνάμεων τριβής και πλάγιας ευστάθειας του αυτοκινήτου σε συνάρτηση με το συντελεστή ολίσθησης του τροχού... 38 ΞΗΡΟΣΑΒΒΙΔΗΣ ΚΩΝ/ΝΟΣ - ΚΑΒΑΛΑ 2009 Σελίδα 7
Εικόνα 1.12 Διάγραμμα λειτουργίας του συστήματος ABS... 39 Εικόνα 1.13 Διάταξη εξαρτημάτων συστήματος ABS... 40 Εικόνα 1.14 Αισθητήρας στροφών... 41 Εικόνα 1.15 Ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου του ABS... 43 Εικόνα 1.16 Ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου... 43 Εικόνα 1.17 Ηλεκτρονικές μονάδες ελέγχου... 44 Εικόνα 1.18 Τυπικό διάγραμμα λειτουργίας ηλεκτρονικής μονάδας ελέγχου... 44 Εικόνα 1.19 Ηλεκτροϋδραυλική μονάδα συστήματος ABS... 45 Εικόνα 1.20 Ηλεκτροϋδραυλική μονάδα συστήματος ABS... 46 Εικόνα 1.21 Κατάσταση απευθείας σύνδεσης της κεντρικής αντλίας των φρένων 47 Εικόνα 1.22 Κατάσταση μείωσης της πίεσης... 48 Εικόνα 1.23 Κατάσταση σταθεροποίησης (κράτημα) της πίεσης... 49 Εικόνα 1.24 Κατάσταση αύξησης της πίεσης... 50 Εικόνα 1.25 1η παραλλαγή συστήματος ABS, 4 αισθητήρες - 4 κανάλια... 51 Εικόνα 1.26 2η παραλλαγή συστήματος ABS, 4 αισθητήρες - 4 κανάλια... 51 Εικόνα 1.27 3η παραλλαγή συστήματος ABS, 3 αισθητήρες - 3 κανάλια... 51 Εικόνα 1.28 4η παραλλαγή συστήματος ABS, 3 αισθητήρες - 2 κανάλια... 52 Εικόνα 1.29 5η παραλλαγή συστήματος ABS, 2 αισθητήρες - 2 κανάλια... 52 Εικόνα 1.30 6η παραλλαγή συστήματος ABS, 2 αισθητήρες - 2 κανάλια... 52 Εικόνα 1.31 Συσκευή διάγνωσης βλαβών ABS... 53 Εικόνα 1.32 Σύστημα Bosch ABS 8.1... 55 Εικόνα 1.33 Κεντρική μονάδα συστήματος ABS 8.1... 56 Εικόνα 1.34 Δοκιμή συστήματος ABS 8.1... 56 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΣΥΣΤΗΜ ΑΤΑ ΕΛΕΓΧΟΥ ΟΛΙΣΘΗΣΗΣ ΤΡΟΧΩΝ ΚΑΙ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑΣ Εικόνα 2.1 Λειτουργία του συστήματος ESP σε κατάσταση υποστροφής του αυτοκινήτου... 65 Εικόνα 2.2 Λειτουργία του συστήματος ESP σε κατάσταση υπερστροφής του αυτοκινήτου... 65 Εικόνα 2.3 Η επέμβαση του ESP σε μια περίπτωση υποστροφής... 65 ΞΗΡΟΣΑΒΒΙΔΗΣ ΚΩΝ/ΝΟΣ - ΚΑΒΑΛΑ 2009 Σελίδα 8
Εικόνα 2.4 Η επέμβαση του ESP σε μια περίπτωση υπερστροφής... 65 Εικόνα 2.5 Διάγραμμα σχηματικής παράστασης απόκλισης των ελεγχόμενων μεταβλητών κατά την διάρκεια λειτουργίας του TCS με διαφορετικούς ενεργοποιητές... 70 Εικόνα 2.6 Διάγραμμα σεβρόφρενου συστήματος EVA... 74 Εικόνα 2.7 Όχημα με κίνηση και στους τέσσερις τροχούς... 75 Εικόνα 2.8 Διάγραμμα συστήματος ABS - EDL... 77 Εικόνα 2.9 Δυνάμεις πέδησης τροχών αυτοκινήτου με SBC πάνω σε στροφή.. 78 Εικόνα 2.10 Φρενάρισμα πάνω σε στροφή, χωρίς SBC, και με SBC... 80 Εικόνα 2.11 Σύστημα AYC... 82 Εικόνα 2.12 Μετατροπέας ροπής και ηλεκτροϋδραυλική μονάδα του AYC... 83 Εικόνα 2.13 Σύστημα ABS/ASR/EBS για φορτηγά, της BOSCH... 83 Εικόνα 2.14 Εκκίνηση σε ανηφόρα με τη βοήθεια του HSA, χωρίς χρήση τη χειροφρένου... 85 Εικόνα 2.15 Όχημα με σύστημα Trailer Stability Assist... 86 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3ο ΑΛΛΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΝΕΡΓΗΤΙΚΗΣ ΑΣΦΑΛΕΙΑΣ Εικόνα 3.1 Head - up display σε Citroen C6... 89 Εικόνα 3.2 Λειτουργία συστήματος Adaptive High-Beam Assist... 90 Εικόνα 3.3 Οθόνη συστήματος Night View Assist... 91 Εικόνα 3.4 Εμβέλεια κάμερας του συστήματος Night View Assist σε σύγκριση με την μεσαία σκάλα φώτων... 92 Εικόνα 3.5 Ένδειξη ορίου ταχύτητας Speed Limit Assist στον πίνακα οργάνων. 93 Εικόνα 3.6 Εντοπισμός πινακίδας ορίου ταχύτητας από το σύστημα Speed Limit Assist... 93 Εικόνα 3.7 Όργανο πολλαπλών λειτουργιών στο σύστημα Lane Assist της Audi... 94 Εικόνα 3.8 Επαναφορά στη λωρίδα μέσω του συστήματος Lane Departure Warning System... 95 ΞΗΡΟΣΑΒΒΙΔΗΣ ΚΩΝ/ΝΟΣ - ΚΑΒΑΛΑ 2009 Σελίδα 9
Εικόνα 3.9 Αισθητήρες ανίχνευσης λωρίδας και δονητές στο σύστημα AIFL... 96 Εικόνα 3.10 Επαναφορά στη λωρίδα μέσω του συστήματος Lane Keeping Assist..97 Εικόνα 3.11 Οπτική προειδοποίηση εφίστασης προσοχής από το σύστημα Attention Assist... 98 Εικόνα 3.12 Λειτουργία συστήματος DISTRONIC PLUS και ένδειξη στον πίνακα οργάνων... 99 Εικόνα 3.13 Διακοπτόμενο κόκκινο φως πέδησης του συστήματος ADAPTIVE BRAKE... 100 Εικόνα 3.14 Οι διάφορες περιοχές λειτουργίας του συστήματος Blind Spot Assist... 101 Εικόνα 3.15 Ενεργοποίηση συστήματος Blind Spot Assist, λόγω παρουσίας επερχόμενων οχημάτων στις νεκρές γωνίες ορατότητας... 101 Εικόνα 3.16 Σύστημα Intelligent Light... 102 Εικόνα 3.17 Σύστημα Intelligent Light... 102 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4ο ΤΟ ΜΕΛΛΟΝ ΣΤΗΝ ΕΝΕΡΓΗΤΙΚΗ ΑΣΦΑΛΕΙΑ Εικόνα 4.1 Σύστημα Brake-by-wire... 105 Εικόνα 4.2 Οθόνη συστήματος GM Vehicle 2 Vehicle... 107 Εικόνα 4.3 Σύστημα GM Vehicle 2 Vehicle - Επικοινωνία μεταξύ δυο αυτοκινήτων, ενημέρωση οδηγού για μη ορατά οδικά έργα μέσα στη στροφή... 108 Εικόνα 4.4 Σύστημα GM Vehicle 2 Vehicle - Επικοινωνία μεταξύ δυο αυτοκινήτων, ένδειξη αυτοκινήτου σε νεκρή γωνία... 109 Εικόνα 4.5 Όταν ανάβει ένα φως στον καθρέπτη, τη στιγμή της ενεργοποίησης του φλας, αυτό αποτελεί μήνυμα για τον οδηγό ότι βρίσκονται αλλά οχήματα στην τυφλή ζώνη του αυτοκινήτου... 110 Εικόνα 4.6 Ένδειξη για επικείμενο όχημα που βρίσκεται σταματημένο στην άκρη του δρόμου, εκτός οπτικού πεδίου... 111 Εικόνα 4.7 Οχήματα δοκιμών συστήματος GM Vehicle 2 Vehicle... 112 Εικόνα 4.8 Ανίχνευση πεζού από το Car-2-X... 113 ΞΗΡΟΣΑΒΒΙΔΗΣ ΚΩΝ/ΝΟΣ - ΚΑΒΑΛΑ 2009 Σελίδα 10
Εικόνα 4.9 Ανίχνευση πεζού πίσω από σταθμευμένο όχημα μέσω του Car-2-X. 114 Εικόνα 4.10 Κόκκινες προειδοποιητικές ενδείξεις μέσω της οθόνης Head-up Display... 114 Εικόνα 4.11 Κάμερα παρακολούθησης οδηγού και πεδίο ορατότητας της κάμερας... 115 Εικόνα 4.12 Το σύστημα παρακολουθεί τα πάνω και κάτω βλέφαρα, υπολογίζοντας πόσο ανοιχτά είναι τα μάτια... 116 ΞΗΡΟΣΑΒΒΙΔΗΣ ΚΩΝ/ΝΟΣ - ΚΑΒΑΛΑ 2009 Σελίδα 11
ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στην ενεργητική ασφάλεια συμπεριλαμβάνονται όλα τα συστήματα που φροντίζουν για την ομαλή και ασφαλή οδική συμπεριφορά του αυτοκινήτου. Αυτά είναι που θα μελετήσουμε στην παρούσα εργασία. Για παράδειγμα η υποβοήθηση του συστήματος διεύθυνσης προσφέρει την απαιτούμενη ακρίβεια, χωρίς να ταλαιπωρείται ο οδηγός. Ο δυνατός κινητήρας συμβάλλει στην ενεργητική ασφάλεια, αφού ευνοεί τα γρήγορα προσπεράσματα, χωρίς ο οδηγός να παραμένει για επικίνδυνο διάστημα στο αντίθετο ρεύμα. Μια καλά ρυθμισμένη ανάρτηση, εκτός από την άνεση που προσφέρει, διατηρεί τη δυναμική ευστάθεια του αμαξώματος. Τα δυνατά φρένα συνδράμουν στη μικρή απόσταση ακινητοποίησης του αυτοκινήτου. Επίσης, τα τελευταία χρόνια στην ενεργητική ασφάλεια σημαντικότατο ρόλο έχουν και τα διάφορα ηλεκτρονικά συστήματα. Μεταξύ άλλων, αυτό του αντιμπλοκαρίσματος των τροχών (ABS), καθώς επίσης και συστήματα ελέγχου ολίσθησης τροχών σε συνδυασμό με το ABS. Τέτοια είναι το σύστημα ευστάθειας (ESP), το σύστημα ηλεκτρονικής κατανομής πέδησης (EBD), το σύστημα ελέγχου πρόσφυσης (TCS), το διαφορικό αυτόματης πέδησης (ABD), το σύστημα υποβοήθησης πέδησης (BAS) και το ελεγχόμενο ηλεκτρονικά διαφορικό (EDL). Επιπρόσθετα στην εργασία αναφέρονται και άλλα λιγότερο συνηθισμένα συστήματα ενεργητικής ασφάλειας, όπως το ενεργό σύστημα προστασίας ανατροπής (ARP), το σύστημα ελέγχου κατάβασης λόφων (HDC), το σύστημα ηλεκτρονικού ελέγχου ροπής του κινητήρα (MSR), το σύστημα υποβοήθησης εκκίνησης σε ανηφόρα (HSA), το σύστημα ελέγχου ευστάθειας τρέιλερ (TSA), το σύστημα υποστήριξη φρένων σε βροχή (RBS) και το σύστημα υποστήριξη εξασθενούμενων φρένων (FBS). Υπάρχουν, όμως, και κάποια ηλεκτρονικά συστήματα, που ανήκουν στην προληπτική ασφάλεια, αλλά ενσωματώνονται στην ενεργητική. Τέτοια συστήματα είναι τα φώτα Χenon διπλής ενέργειας, οι οθόνες τύπου Head-up display, συστήματα νυχτερινής όρασης, τα συστήματα προειδοποίησης υπέρβασης ορίου ταχύτητας, συστήματα υποβοήθησης διατήρησης λωρίδας, σύστημα υποβοήθησης νεκρής γωνίας ορατότητας, έξυπνα συστήματα φωτισμού και άλλα. ΞΗΡΟΣΑΒΒΙΔΗΣ ΚΩΝ/ΝΟΣ - ΚΑΒΑΛΑ 2009 Σελίδα 12
Τέλος, στην εργασία παρουσιάζονται διάφορα συστήματα, που βρίσκονται ακόμα σε ερευνητικό στάδιο επρόκειτο, όμως, να τα δούμε αργά ή γρήγορα σε εφαρμογή στο μέλλον. ΞΗΡΟΣΑΒΒΙΔΗΣ ΚΩΝ/ΝΟΣ - ΚΑΒΑΛΑ 2009 Σελίδα 13
ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΞΗΡΟΣΑΒΒΙΔΗΣ ΚΩΝ/ΝΟΣ - ΚΑΒΑΛΑ 2009 Σελίδα 14
ΕΙΣΑΓΩ ΓΗ Ε.1 Ασφάλεια κατά την οδήγηση Η ασφάλεια στην οδήγηση είναι ένα από τα πιο σημαντικά θέματα σε όλον τον κόσμο, που δυστυχώς δεν αντιμετωπίζεται στη σωστή του διάσταση. Στην Ελλάδα το πρόβλημα παίρνει κοινωνικές διαστάσεις μόνο κάθε φορά που γίνεται ένα πολύνεκρο δυστύχημα. Τότε, τα μέσα μαζικής ενημέρωσης και η κοινή γνώμη ευαισθητοποιούνται. Αμέτρητα άρθρα και εκπομπές στο ραδιόφωνο και την τηλεόραση φέρνουν το θέμα στην επικαιρότητα, για να ξεχαστεί λίγες μέρες αργότερα και να επανέλθει μόνο μετά το επόμενο μακάβριο περιστατικό. Τί πρέπει να γίνει για να σταματήσει αυτός ο ακήρυχτος πόλεμος; Τα ερωτήματα πολλά και οι λύσεις λίγες. Για να γλυτώσουμε από αυτά τα μακάβρια γεγονότα υπάρχουν δύο βασικές λύσεις. Να γίνουμε όσο το δυνατόν καλύτεροι οδηγοί με παιδεία και να κάνουμε τα αυτοκίνητα όσο πιο ασφαλή μπορούμε. Καλό το γρήγορο αυτοκίνητο, καλό το όμορφο, καλό το μικρό ή το μεγάλο, αλλά χωρίς τα απαραίτητα επίπεδα ασφαλείας, ποιός ο λόγος να το αγοράσουμε; Στο δρόμο δεν έχει σημασία πόσο γρήγορος, πόσο στιλάτος ή χλιδάτος είσαι. Σημασία έχει να ξεκινάς και να φτάνεις με ασφάλεια στον προορισμό σου. Ένας τομέας που χρειάζεται ιδιαίτερη προσοχή και δυστυχώς εμείς οι πολίτες-οδηγοί δε δίνουμε την πρέπουσα προσοχή. Οι κατασκευαστές αυτοκινήτων γνωρίζουν τη σοβαρότητα της ασφάλειας. Τα περισσότερα αυτοκίνητα είναι σήμερα κατά βάση ασφαλή, αν και όχι όλα στον ίδιο βαθμό. Η παλιά πεποίθηση ότι ένα μεγαλύτερο αυτοκίνητο είναι και ασφαλέστερο ισχύει, αλλά από την άλλη, ένα σημερινό μικρό αυτοκίνητο είναι πιο ασφαλές από ένα μεγάλο της δεκαετίας του '70. Πέραν του μεγέθους, δηλαδή, κυρίαρχο ρόλο παίζει η σχεδίαση. Τα σημερινά αμαξώματα, είναι σχεδιασμένα, ώστε να απορροφούν με συγκεκριμένο τρόπο τις δυνάμεις της σύγκρουσης, με σκοπό να μειώσουν τις επιπτώσεις για οδηγό και επιβάτες, ανεξάρτητα από την εξωτερική εμφάνιση του αμαξώματος μετά το ατύχημα. Γι αυτό, ποτέ δεν κρίνουμε την παθητική ασφάλεια ενός αυτοκινήτου από την παραμόρφωσή του σε μια σύγκρουση. Αντίστοιχα, καλύτερο κράτημα δε σημαίνει απαραίτητα και καλύτερη ενεργητική ασφάλεια. Ένα σπορ αυτοκίνητο μπορεί να ΞΗΡΟΣΑΒΒΙΔΗΣ ΚΩΝ/ΝΟΣ - ΚΑΒΑΛΑ 2009 Σελίδα 15
είναι πιο γρήγορο σε μια στροφή από ένα μεσαίο οικογενειακό, αλλά και ταυτόχρονα πιο επικίνδυνο, καθώς θα προειδοποιεί πιο αργά και απότομα τον οδηγό του για την έλευση του ορίου. Ενεργητικά ασφαλές δηλαδή είναι ένα αυτοκίνητο με γρήγορο και ακριβές τιμόνι, με φρένα που έχουν σωστή αίσθηση και όσο το δυνατόν περισσότερα ηλεκτρονικά συστήματα με βασικότερο το ΑΒβ και αναρτήσεις όχι αγωνιστικές, αλλά να χαρίζουν ουδέτερη συμπεριφορά. Η ασφάλεια των επιβατών είναι μια από τις βασικότερες παραμέτρους που λαμβάνονται υπόψη κατά τη σχεδίαση και την κατασκευή των σύγχρονων αυτοκινήτων. Τα συστήματα ασφάλειας που εφαρμόζονται στα αυτοκίνητα, αν εξαιρέσουμε την πρόληψη, είναι δύο ειδών. Τα συστήματα ενεργητικής και τα συστήματα παθητικής ασφάλειας. Απλουστεύοντας το αντικείμενο μπορούμε να πούμε ότι η ασφάλεια στο δρόμο εξαρτάται από τρείς ευνόητους παράγοντες σε μεταξύ τους αλληλεπίδραση: τον οδηγό, το αυτοκίνητο και το δρόμο. Επίσης, την ασφάλεια μπορούμε να τη χωρίσουμε σε προληπτική (για να μην προκληθεί ατύχημα), ενεργητική (αποφυγή επερχόμενου ατυχήματος) και παθητική (αφού έχει συντελεστεί ατύχημα). Και στις τρεις περιπτώσεις ισχύει η αλληλεπίδραση της συμπεριφοράς του οδηγού, με εκείνη του αυτοκινήτου και με την κατάσταση του δρόμου. Η προληπτική ασφάλεια είναι μια αδόκιμη έννοια που δεν έχει αποκτήσει το ειδικό βάρος που της αρμόζει. ΞΗΡΟΣΑΒΒΙΔΗΣ ΚΩΝ/ΝΟΣ - ΚΑΒΑΛΑ 2009 Σελίδα 16
Κι όμως, η προληπτική ασφάλεια είναι τουλάχιστον το ίδιο σημαντική με την ενεργητική και την παθητική ασφάλεια. Προληπτική ασφάλεια είναι οι συνθήκες που αφορούν τον οδηγό, το αυτοκίνητο και το δρόμο, οι οποίες δημιουργούν τις προϋποθέσεις για τη μη πρόκληση ατυχήματος. Είναι για παράδειγμα οι δρόμοι χωρίς παγίδες, με σωστή σχεδίαση, σήμανση και διαγράμμιση. Είναι, επίσης, τα άνετα, αθόρυβα αυτοκίνητα, που δεν εκνευρίζουν τον οδηγό και επιτρέπουν ήρεμο ταξίδι. Ο κλιματισμός π.χ. το καλοκαίρι, είναι στοιχείο προληπτικής ασφάλειας, γιατί διατηρεί το σωστό περιβάλλον για τον οδηγό. Προληπτική ασφάλεια για τον ίδιο είναι να μην καταναλώνει αλκοόλ, να μην έχει νεύρα και σκέψεις κατά την οδήγηση. Η συγκέντρωση, η ηρεμία η καλή φυσική και ψυχολογική κατάσταση γενικότερα, συνιστούν προληπτική ασφάλεια, γιατί συνηγορούν στο να μην προκαλέσουμε ποτέ ατύχημα. Στην προληπτική ασφάλεια, ένα άνετο, από κάθε άποψη, αυτοκίνητο είναι πιο ασφαλές από ένα θορυβώδες, σκληρό, κακώς κλιματιζόμενο αυτοκίνητο με περιορισμένη ορατότητα για τον οδηγό. Προληπτική ασφάλεια είναι βέβαια και το να έχουμε σωστή παιδεία στην οδήγηση και να σεβόμαστε τον Κώδικα Οδικής Κυκλοφορίας. Όπως αναφέρεται στον τίτλο, σε αυτήν την εργασία περιγράφεται και αναλύεται μόνο η ενεργητική ασφάλεια, (καθώς και τα συστήματα - βοηθήματα που αφορούν αυτή), όπου η τεχνολογική ηλεκτρονική πρόοδος έχει φέρει μεγάλες αλλαγές, συνεισφέροντας τα μέγιστα στην ασφαλή οδήγηση. Ε.2 Ενεργητική ασφάλεια - Γενικά Με τον όρο «Ενεργητική Ασφάλεια», περιγράφονται τα χαρακτηριστικά εκείνα του αυτοκινήτου, που συμβάλλουν στην αποτροπή, από την εμπλοκή του σε ατύχημα. Η ενεργητική ασφάλεια περιλαμβάνει όλα τα συστήματα που φροντίζουν για την ομαλή και ασφαλή οδική συμπεριφορά του αυτοκινήτου. Τέτοια, δηλαδή, συστήματα και τεχνολογικές καινοτομίες που εφαρμόζονται στο σύστημα των φρένων, στην ισχύ του κινητήρα - απαραίτητη σε περιπτώσεις προσπεράσματος -, ή όπως είναι η αποτελεσματικότητα των φώτων τη νύχτα. Όλες οι αυτοκινητοβιομηχανίες από τη «γέννησή» τους, προσπαθούν και εφοδιάζουν τα προϊόντα τους, με αρχικά απλά και συνεχώς πιο προηγμένα τεχνολογικά συστήματα, ώστε να διασφαλίζεται πάντα και κατά τον καλύτερο δυνατό τρόπο η ενεργητική ασφάλεια. ΞΗΡΟΣΑΒΒΙΔΗΣ ΚΩΝ/ΝΟΣ - ΚΑΒΑΛΑ 2009 Σελίδα 17
Έτσι, λοιπόν, όταν ο οδηγός βρεθεί στην οριακή στιγμή να εμπλακεί σε ένα ατύχημα, τότε έχει κυρίως τρεις διεξόδους για να το αποφύγει: - να απομακρυνθεί γρήγορα επιταχύνοντας - να φρενάρει - να ελιχθεί Ε.2.1 Η επιτάχυνση Στην περίπτωση, που οι συνθήκες επιβάλλουν σαν σωστή λύση τη γρήγορη απομάκρυνση του οχήματος (π.χ. κατά τη στροφή), από την επικίνδυνη περιοχή, μεγάλη σημασία έχει η ικανότητά του να αυξάνει την ταχύτητά του σε μικρό χρονικό διάστημα, δηλαδή να έχει ικανοποιητική επιτάχυνση. Η επιτάχυνση είναι σημαντικό χαρακτηριστικό για κάθε όχημα και εξαρτάται από πολλούς παράγοντες (κινητήρα, συνολικό βάρος, κιβώτιο ταχυτήτων, αεροδυναμική κλπ.). Στα τεχνικά χαρακτηριστικά κάθε οχήματος συνηθίζεται να παρατίθεται σαν μέγεθος που φανερώνει την ικανότητά του για επιτάχυνση, ο χρόνος που απαιτείται για να αυξήσει την ταχύτητά του από τα 100 km/h στα 120 km/h ή από τα 80 km/h στα 100 km/h ή από 0 km/h στα 100 km/h. Ο δυνατός κινητήρας συμβάλλει στην ενεργητική ασφάλεια, αφού ευνοεί τα γρήγορα προσπεράσματα, χωρίς ο οδηγός να παραμένει για επικίνδυνο διάστημα στο αντίθετο ρεύμα. Ε.2.2 Το σύστημα πέδησης (φρενάρισμα^ Στην περίπτωση, που οι συνθήκες επιβάλλουν για την αποφυγή ενός ατυχήματος τη χρήση των φρένων, η αποτελεσματικότητα του συστήματος πέδησης παίζει κυρίαρχο ρόλο και εξαρτάται από: - Την ικανοποιητική (ισχυρή) δύναμη πέδησης. - Την ομοιόμορφη κατανομή της στους τροχούς του ίδιου άξονα και τη σωστή κατανομή της στους άξονες ανάλογα με τη φόρτιση. Τα στοιχεία αυτά επιτρέπουν στο αυτοκίνητο να μειώσει την ταχύτητά του γρήγορα και συγχρόνως, να μην πλαγιολισθαίνει κατά το φρενάρισμα. Τα δυνατά φρένα συνδράμουν στη μικρή απόσταση ακινητοποίησης, όπως και τα διάφορα ΞΗΡΟΣΑΒΒΙΔΗΣ ΚΩΝ/ΝΟΣ - ΚΑΒΑΛΑ 2009 Σελίδα 18
ηλεκτρονικά συστήματα. Σήμερα τα οχήματα εξοπλίζονται και με διάφορα συστήματα, που βελτιώνουν την αποτελεσματικότητα της πέδησής τους. Τέτοιο σύστημα είναι για παράδειγμα το ΑΒS, που βοηθάει στον έλεγχο της δύναμης πέδησης, που εφαρμόζεται στους τροχούς και αποτρέπει το μπλοκάρισμά τους, συμβάλλοντας σημαντικά στην αποτελεσματική πέδηση του αυτοκινήτου. Για το ABS και τα διάφορα άλλα ηλεκτρονικά συστήματα, όμως, θα αναφερθούμε αναλυτικότερα στην συνέχεια. Τα κύρια συστήματα πέδησης διακρίνονται στις παρακάτω κατηγορίες: 1) Τα μηχανικά φρένα Σ αυτά η δύναμη πέδησης που ασκεί ο οδηγός μεταφέρεται στους τροχούς μέσω μοχλών και ντιζών. Τα μηχανικά φρένα δε χρησιμοποιούνται σήμερα στο αυτοκίνητο σαν κύριο σύστημα πέδησης. Χρησιμοποιούνται σα φρένα στάθμευσης με το μηχανισμό ενεργοποίησης του χειρόφρενου. Ακόμη, μηχανικά συστήματα φρένων μπορούμε να συναντήσουμε σε τροχόσπιτα, τρέιλερ, κ.λπ. 2) Τα υδραυλικά φρένα Η δύναμη πέδησης που ασκεί ο οδηγός στο πεντάλ μεταφέρεται στα κυλινδράκια των τροχών μέσω ενός υδραυλικού συστήματος. Το σύστημα αυτό χρησιμοποιείται ευρέως σχεδόν σε όλα τα επιβατικά αυτοκίνητα. Εικόνα Ε. 1: Δίσκος και δαγκάνα υδραυλικού συστήματος πέδησης. ΞΗΡΟΣΑΒΒΙΔΗΣ ΚΩΝ/ΝΟΣ - ΚΑΒΑΛΑ 2009 Σελίδα 19
1. Πεντάλ φρένου 5. Ταμπουρα 2. Σερβομηχανισμός 6. Χειρόφρενό 3. Αντλία και δοχείο υγρών 7. Διακόπτης χειρόφρενου 4. Δισκοφρενα 8. Διακόπτης φωτων στοπ Εικόνα Ε.2: Διάγραμμα κυκλώματος συμβατικού υδραυλικού συστήματος πέδησης. 3) Τα αερόφρενα Η δύναμη πέδησης, που ασκεί ο οδηγός στο πεντάλ, μεταφέρεται στους κυλίνδρους πέδησης (φυσούνες) των τροχών με τη βοήθεια πεπιεσμένου αέρα και από εκεί μέχρι τους δίσκους και τα ταμπουρά, μηχανικά. Το σύστημα αυτό χρησιμοποιείται σε βαριά οχήματα. Βοηθητικά μηχανικά συστήματα πέδησης Οι βοηθητικοί μηχανισμοί των συστημάτων πέδησης διακρίνονται στις παρακάτω κατηγορίες: -Τα σερβόφρενα Χρησιμοποιούν την υποπίεση του κινητήρα, για να ενισχύσουν τη δύναμη πέδησης, που ασκεί ο οδηγός στο πεντάλ του φρένου. Έτσι, αυξάνουν την πίεση στο υδραυλικό κύκλωμα των φρένων και το αυτοκίνητο φρενάρει καλύτερα. ΞΗΡΟΣΑΒΒΙΔΗΣ ΚΩΝ/ΝΟΣ - ΚΑΒΑΛΑ 2009 Σελίδα 20
- Τα ηλεκτρόφρενα Χρησιμοποιούν την ηλεκτρική ενέργεια. Ο μηχανισμός τοποθετείται στον κεντρικό άξονα μετάδοσης της κίνησης και επιβραδύνονται μόνον οι πίσω τροχοί. Χρησιμοποιούνται σε βαριά οχήματα για την επιβράδυνσή τους ανεξάρτητα από το κύριο σύστημα πέδησης. Ε.2.3 Η ευστάθεια Στην περίπτωση, που οι συνθήκες επιβάλλουν για την αποφυγή ενός ατυχήματος το όχημα να κάνει κάποιο ελιγμό, αποφασιστική σημασία έχει το «κράτημα» (η καλή πρόσφυση) και η κατευθυντικότητα του. Εικόνα Ε. 3: Ελιγμός αποφυγής εμποδίου έκτακτης ανάγκης. Η πρόσφυση και η κατευθυντικότητα εξαρτώνται από την καλή κατάσταση: - Των ελατηρίων της ανάρτησης. - Των αποσβεστήρων κραδασμών (αμορτισέρ). - Των ελαστικών. Επίσης από: - Τη σωστή ζυγοστάθμιση. - Την ευθυγράμμιση των τροχών. ΞΗΡΟΣΑΒΒΙΔΗΣ ΚΩΝ/ΝΟΣ - ΚΑΒΑΛΑ 2009 Σελίδα 21
- Την καλή γεωμετρία. - Τη σωστή κατανομή βάρους. - Την καλή σχεδίαση και λειτουργία του συστήματος διεύθυνσης. Η σωστή κατανομή του βάρους του οχήματος σε συνδυασμό με την καλή λειτουργία του συστήματος διεύθυνσης, δίνει ευστάθεια στο όχημα και συμπεριφορά, που εύκολα μπορεί να προβλέψει ο οδηγός και να το κατευθύνει σωστά. Το σύστημα διεύθυνσης είναι το σύνολο των μηχανισμών που επιτρέπουν στον οδηγό να κατευθύνει και να ελέγχει την πορεία ενός αυτοκινήτου. Ε.2.4 Συστήματα προληπτικής ασφάλειας Για να μπορεί, όμως, ένας οδηγός να επιταχύνει, να φρενάρει ή να ελιχθεί με το όχημά του θα πρέπει να έχει καλή ορατότητα μπροστά και γύρω του. Για το λόγο αυτό τα οχήματα είναι εφοδιασμένα με συστήματα που βοηθούν στη διατήρηση της καλής ορατότητας. Αυτά, σύμφωνα με πολλούς, ανήκουν στα συστήματα Ενεργητικής Ασφάλειας, ενώ, σύμφωνα με άλλους, στην Προληπτική Ασφάλεια: Οι υαλοκαθαριστήρες, που μαζί με τους εκτοξευτήρες νερού, απομακρύνουν τα χώματα, τις λάσπες, τη βροχή από τους ανεμοθώρακες (παρμπρίζ). Επίσης επιπλέον ασφάλεια προσφέρουν οι αυτόματα ενεργοποιούμενοι υαλοκαθαριστήρες. Σε πολλά οχήματα υπάρχουν υαλοκαθαριστήρες και για τα φώτα πορείας και διασταυρώσεως. Οι διατάξεις εξουδετέρωσης της δρόσου, της πάχνης και του θαμπώματος, που λειτουργούν με τη βοήθεια του συστήματος εξαερισμού ή με ενσωματωμένη ηλεκτρική αντίσταση στο τζάμι (συνήθως στο πίσω). Οι διατάξεις χαμηλού φωτισμού του πίνακα οργάνων, που βοηθούν να μην ενοχλείται ο οδηγός κατά τη νυκτερινή οδήγηση. Τα συστήματα βελτίωσης της ορατότητας. Αυτά είναι: ΞΗΡΟΣΑΒΒΙΔΗΣ ΚΩΝ/ΝΟΣ - ΚΑΒΑΛΑ 2009 Σελίδα 22
o Οι καθρέπτες, εσωτερικοί και εξωτερικοί (υπάρχουν και θερμαινόμενοι). o Τα φώτα, που πρέπει να έχουν ικανή ένταση, σωστή ρύθμιση και στερέωση. Μεγαλύτερη ασφάλεια προσφέρουν τα αυτόματα ενεργοποιούμενα. Ο σχεδιασμός του οχήματος, με τον οποίο περιορίζονται στο ελάχιστο δυνατό η ύπαρξη αδιαφανών επιφανειών (κολώνες κλπ.) στο επίπεδο οράσεως του οδηγού, βελτιώνοντας έτσι, την ορατότητά του. Ε.2.5 Λοιπά συστήματα S Το σύστημα συγκράτησης αντικειμένων (δίκτυ), είναι απαραίτητο στην περίπτωση επικοινωνίας του χώρου φόρτωσης με το χώρο επιβατών (station wagon). Έτσι, δεν επιτρέπεται η μετακίνηση των αντικειμένων στα απότομα φρεναρίσματα, στις στροφές, και τις επιταχύνσεις. S Η ικανοποιητική ηχομόνωση του χώρου του κινητήρα, έτσι μειώνεται το επίπεδο θορύβου στο χώρο των επιβατών και δεν αποσπάται η προσοχή του οδηγού. S Η σωστή θέση των ποδομοχλών (συμπλέκτης, φρένο, γκάζι) και του τιμονιού (καλυτέρα αποτελέσματα εγγυώνται τα τηλεσκοπικά πολλαπλών ρυθμίσεων). Η αξιόπιστη και αναλογική λειτουργία τους είναι σημαντικός παράγοντας ενεργητικής ασφάλειας, επειδή κάθε φορά δίδουν ακριβές σήμα ελέγχου στα αντίστοιχα συστήματα (πεδήσεως, τροφοδοσίας, διεύθυνσης). S Η ένδειξη εξωτερικής θερμοκρασίας, που ενημερώνει και προϊδεάζει τον οδηγό για πιθανότητα πάγου στο οδόστρωμα ή για τον χρόνο που θα χρειαστούν τα ελαστικά για να ζεσταθούν, ούτος ώστε να αυξήσει την προσοχή του και να προσαρμόσει ανάλογα την οδήγησή του. S Το κάθισμα του οδηγού, που πρέπει να συγκρατεί σταθερά το σώμα του στην κατάλληλη θέση. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό στις περιπτώσεις, που αναπτύσσονται ισχυρές δυνάμεις, όπως στις στροφές, ώστε ο οδηγός να μη ΞΗΡΟΣΑΒΒΙΔΗΣ ΚΩΝ/ΝΟΣ - ΚΑΒΑΛΑ 2009 Σελίδα 23
στηρίζεται στο τιμόνι δυσκολεύοντας το χειρισμό του. Χαρακτηριστικά είναι τα καθίσματα που χρησιμοποιούνται στα αυτοκίνητα αγώνων, όπως την Εικόνα Ε.4. Εικόνα Ε.4: Κάθισμα οδηγού τύπου semi bucket για βέλτιστη συγκράτηση. Ε.2.6 Συμπεράσματα Συνοψίζοντας τα παραπάνω βλέπουμε ότι αλλαγές, όπως τα καλύτερα ελαστικά, η εγκατάλειψη των φύλλων σούστας και η παρουσίαση πιο εξελιγμένων διατάξεων στις αναρτήσεις (π.χ. πολλαπλών συνδέσμων) συμπληρώνουν την εικόνα της εξέλιξης προς ένα αυτοκίνητο με ασφαλή οδική συμπεριφορά. O στόχος, όμως, των σχεδιαστών αυτοκινήτων, μόλις πρόσφατα άρχισε να προσεγγίζεται. Γνωρίζοντας ότι ο ανθρώπινος παράγοντας είναι ο πιο σημαντικός στο θέμα της ενεργητικής (και ή προληπτικής ασφάλειας) ασφάλειας, η προσπάθεια επικεντρώνεται στο να δημιουργηθούν οι πιο κατάλληλες συνθήκες οδήγησης μέσα στο αυτοκίνητο. Με τη σχεδίαση πιο άνετων καθισμάτων και σωστής θέσης οδήγησης ο οδηγός μπορεί να διανύσει περισσότερα χιλιόμετρα χωρίς να κουραστεί. Τα καθίσματα του μέλλοντος θα παίρνουν το σχήμα του σώματος του οδηγού, ενώ ταυτόχρονα θα απορροφούν και τους ανεπιθύμητους κραδασμούς. Αποτελούμενα από φουσκωτά μαξιλάρια θα μπορούν να μεταβάλλουν το σχήμα τους ανάλογα με τις επιθυμίες του οδηγού. ΞΗΡΟΣΑΒΒΙΔΗΣ ΚΩΝ/ΝΟΣ - ΚΑΒΑΛΑ 2009 Σελίδα 24
Εικόνα Ε.5: Χειριστήρια ηχοσυστήματος και άλλων λειτουργιών στο τιμόνι. H συγκέντρωση αρκετών συσκευών και χειριστηρίων (κλιματισμός, ηχοσύστημα κ.λπ.) μέσα στο αυτοκίνητο είναι ένας πονοκέφαλος για τους σχεδιαστές, αφού η λειτουργία τους αποσπά την προσοχή του οδηγού από την οδήγηση. Με τη διάδοση μάλιστα της κινητής τηλεφωνίας ο οδηγός θα έχει άλλη μια συσκευή δίπλα του (ήδη στην Ευρώπη απαγορεύεται ο οδηγός να κρατά το τηλέφωνο όταν οδηγεί). H εργονομική τοποθέτησή τους έχει σαν στόχο τον «τυφλό» χειρισμό τους από τον οδηγό. Για παράδειγμα, πολλές εταιρίες έχουν παρουσιάσει εδώ και πολλά χρόνια εκδόσεις, όπου τα χειριστήρια του CD player και του κλιματισμού βρίσκονται πάνω στο τιμόνι, όπως επίσης και Bluetooth. H εσωτερική θερμοκρασία του αυτοκινήτου επηρεάζει σημαντικά τη φυσική κατάσταση και τις δυνατότητες του οδηγού. H έρευνα της Volvo για τη συμπεριφορά οδηγών σε διαφορετικές θερμοκρασίες, 21 C και 27 C βαθμούς αντίστοιχα, είναι αποκαλυπτική. Αυτοί που βρίσκονταν στην καμπίνα με την υψηλότερη θερμοκρασία παρουσίασαν μεγαλύτερο χρόνο αντίδρασης στα εξωτερικά ερεθίσματα (άναμμα ενδεικτικής λυχνίας στο ταμπλό, εμφάνιση κάποιου αντικειμένου στον καθρέπτη κλπ.) και μικρότερη συγκέντρωση στην οδήγηση σε σχέση με αυτούς, που βρίσκονταν στο χώρο με τη χαμηλότερη. Βέβαια στη χώρα μας το πρόβλημα είναι γνωστό και το μόνο που σώζει την κατάσταση είναι η τοποθέτηση ενός καλού κλιματιστικού. H περιορισμένη ορατότητα είναι άλλος ένας αρνητικός παράγοντας στην ασφαλή οδήγηση. Οι σύγχρονες σχεδιαστικές φόρμες έχουν αποτέλεσμα τη δημιουργία μεγάλων γυάλινων επιφανειών και τον περιορισμό των «τυφλών» σημείων σε ένα αυτοκίνητο. Τα σύγχρονα κρύσταλλα απορροφούν σε μεγάλο βαθμό ΞΗΡΟΣΑΒΒΙΔΗΣ ΚΩΝ/ΝΟΣ - ΚΑΒΑΛΑ 2009 Σελίδα 25
την υπέρυθρη ακτινοβολία, ενώ σκουραίνουν όσο η ηλιοφάνεια αυξάνεται. Το μεγάλο πρόβλημα, όμως, παραμένει η νυχτερινή οδήγηση, όπου η ορατότητα μειώνεται σημαντικά. Τα φωτιστικά σώματα ενός αυτοκινήτου πρέπει να φωτίζουν το δρόμο ικανοποιητικά, από την άλλη, όμως, δεν πρέπει να τυφλώνουν τους οδηγούς, που κινούνται στην αντίθετη κατεύθυνση. Σήμερα η ισχύς τους έχει αυξηθεί σημαντικά, ενώ παράλληλα έχει μειωθεί το μέγεθός τους και η δέσμη που δημιουργούν είναι καλύτερα κατευθυνόμενη και πιο στενή. Επίσης, τα πίσω φωτιστικά σώματα έχουν γίνει πιο μεγάλα και με εντονότερο φωτισμό, έτσι, ώστε το φρενάρισμα του εμπρός αυτοκινήτου να γίνεται πιο γρήγορα αντιληπτό από τον οδηγό αυτού που ακολουθεί. Τα μελλοντικά σχέδια περιλαμβάνουν φωτιστικά σώματα υπεριωδών ακτίνων. H ακτινοβολία αυτή δε γίνεται άμεσα αντιληπτή από το ανθρώπινο μάτι, παρά μόνο, όταν αντανακλάται σε ειδικά σώματα, τα οποία θα μπορούσαν να τοποθετηθούν πάνω σε αυτοκίνητα ή πινακίδες. Ε.3 Ηλεκτρονικά Συστήματα H ανάπτυξη των ηλεκτρονικών έδωσε σημαντική ώθηση στο σχεδιασμό των νέων συστημάτων ενεργητικής ασφάλειας, με τα παρακάτω αποτελέσματα: > Πρώτον να προσφέρει στον οδηγό ένα ευκολοδήγητο και προβλέψιμο αυτοκίνητο με σωστή οδική συμπεριφορά. > Δεύτερον να το εφοδιάσει με τα κατάλληλα συστήματα υποβοήθησης του οδηγού κατά τη διάρκεια της οδήγησης. Τα αντιολισθητικά συστήματα πέδησης (π.χ. ABS) πλέον είναι διαθέσιμα και στα πιο προσιτά μοντέλα και εξασφαλίζουν το καλύτερο δυνατό φρενάρισμα, ιδιαίτερα κάτω από δύσκολες συνθήκες. To 2004 μάλιστα το ABS έγινε υποχρεωτικό σε όλα τα αυτοκίνητα παραγωγής. Αναλυτική περιγραφή γι αυτά γίνεται παρακάτω. Οι ηλεκτρονικά ελεγχόμενες αναρτήσεις τοποθετήθηκαν τις προηγούμενες χρονιές και σε μοντέλα της μεσαίας κατηγορίας καλύπτοντας ικανοποιητικά την απαίτηση για άνεση αλλά και καλύτερη συμπεριφορά στο δρόμο. ΞΗΡΟΣΑΒΒΙΔΗΣ ΚΩΝ/ΝΟΣ - ΚΑΒΑΛΑ 2009 Σελίδα 26
Εικόνα Ε. 6: Πινακίδα αναγγελίας κινδύνου λόγω ολισθηρού οδοστρώματος. Το μέλλον, όμως, επιφυλάσσει και άλλες εκπλήξεις. Οι έρευνες, που γίνονται αυτή τη στιγμή, θα φέρουν σημαντικές αλλαγές στη σημερινή αντίληψη της ενεργητικής ασφάλειας. Τα «έξυπνα» συστήματα του μέλλοντος θα προσφέρουν στον οδηγό όλες τις απαραίτητες πληροφορίες, θα ελέγχουν την πορεία του αυτοκινήτου και μάλιστα σε ακραίες περιπτώσεις θα αναλαμβάνουν και τον έλεγχο. Παράλληλα θα συνεργάζονται με τα ηλεκτρονικά συστήματα ελέγχου της κυκλοφορίας, εξασφαλίζοντας την ομαλότερη κυκλοφορία και την ταχύτερη μετακίνηση των αυτοκινήτων. Ένας μεγάλος εχθρός του οδηγού, όταν διανύει μεγάλες αποστάσεις, είναι η ανία και η υπνηλία που έχει να αντιμετωπίσει. Σύμφωνα με τις στατιστικές, το ένα τέταρτο των θανατηφόρων ατυχημάτων στη Γαλλία οφείλονται στο ότι ο οδηγός νύσταξε πάνω στο τιμόνι. H λύση είναι η ύπαρξη ενός «ανιχνευτή ύπνου», ένα σύστημα, που αισθάνεται ότι ο οδηγός χαλαρώνει και οι αντιδράσεις του μειώνονται με κίνδυνο να αποκοιμηθεί. Για να επιτευχθεί αυτό έχουν αποθηκευτεί στη μνήμη του οι κινήσεις και αντιδράσεις του οδηγού του οχήματος, έτσι, ώστε να υπάρχει ένα μέτρο σύγκρισης. Στην περίπτωση κινδύνου ενεργοποιείται ένα οξύ ηχητικό σήμα, που ξυπνάει τον οδηγό στα σίγουρα. ΞΗΡΟΣΑΒΒΙΔΗΣ ΚΩΝ/ΝΟΣ - ΚΑΒΑΛΑ 2009 Σελίδα 27
Εικόνα Ε. 7: Υπνηλία κατά την οδήγηση. Στον τομέα της παροχής των πληροφοριών η νέα τεχνολογία προέρχεται από την αεροπορική βιομηχανία. Με την τοποθέτηση των Head Up Displays προβάλλονται στο παρμπρίζ, στο οπτικό πεδίο του οδηγού οι πιο σημαντικές ενδείξεις ή μία ενδεχόμενη βλάβη. Το κέρδος είναι προφανές, αφού ο οδηγός δεν απομακρύνει την προσοχή του από το δρόμο. Χρησιμοποιείται ήδη στο Citroen C6. Με βάση αυτή τη συλλογιστική, η Renault πριν χρόνια είχε εφοδιάσει ορισμένα μοντέλα, όπως το Safrane, που παρουσιάστηκε στο τέλος του 1992 με ένα σύστημα ακουστικής ειδοποίησης του οδηγού σε περίπτωση βλάβης ή δυσλειτουργίας κάποιου συστήματος. Στην περίπτωση αυτή μια φωνή μας ειδοποιούσε για παράδειγμα ότι: «Η πόρτα δεν έχει κλείσει», «η βενζίνη τελειώνει» ή ακόμα και ότι έχουμε υπερβεί το όριο ταχύτητας, κ.λπ. Τα «έξυπνα» αυτοκίνητα του μέλλοντος θα μπορούν να αναγνωρίζουν το δρόμο και να κατευθύνουν το αυτοκίνητο με το βέλτιστο τρόπο. Μια από τις παλιότερες προσπάθειες στον τομέα αυτό είναι το σύστημα με το οποίο το αυτοκίνητο «ακολουθεί» τη λευκή διαχωριστική γραμμή του οδοστρώματος. ΞΗΡΟΣΑΒΒΙΔΗΣ ΚΩΝ/ΝΟΣ - ΚΑΒΑΛΑ 2009 Σελίδα 28
Μια μικρή κάμερα τοποθετημένη στο εμπρός τμήμα του αυτοκινήτου, δίνει τη δυνατότητα στο σύστημα ελέγχου να «διακρίνει» τα όρια της γραμμής, ενώ επιπλέον μπορεί να το εφοδιάσει και με άλλες πληροφορίες, όπως η κλίση του οδοστρώματος ή μια επερχόμενη στροφή. Στην πιο απλή έκδοσή του το σύστημα ειδοποιεί τον οδηγό με ένα ηχητικό σήμα, όταν οι τροχοί πατήσουν τη γραμμή, ενώ στην πιο εξελιγμένη έκδοση παρεμβαίνει αλλάζοντας την πορεία του αυτοκινήτου διατηρώντας το στη λωρίδα του. ΞΗΡΟΣΑΒΒΙΔΗΣ ΚΩΝ/ΝΟΣ - ΚΑΒΑΛΑ 2009 Σελίδα 29
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1ο ΣΥΣΤΗΜΑ ΑΝΤΙΜΠΛΟΚΑΡΙΣΜΑΤΟΣ ΤΡΟΧΩΝ (ABS) ΞΗΡΟΣΑΒΒΙΔΗΣ ΚΩΝ/ΝΟΣ - ΚΑΒΑΛΑ 2009 Σελίδα 30
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1ο ΣΥΣΤΗΜ Α ΑΝΤΙΜΠΛΟΚΑΡΙΣΜΑΤΟΣ ΤΡΟΧΩΝ (ABS) 1.1 Γενικά Εικόνα 1.1: Δοκιμή συστήματος ABS. H χρήση των φρένων ήταν απαραίτητη από τα πρώτα ατμοκίνητα αυτοκίνητα, που χρησιμοποιούσαν πολύ απλά συστήματα, για να εξελιχθούν τελικά σε μεγάλο βαθμό από τη χρονολογία σταθμό για την ιστορία των φρένων, το 1954. Τη χρονιά αυτή η Jaguar κέρδισε τις 24 ώρες του Λε Μαν, λόγω του ότι ήταν η μοναδική εταιρεία που χρησιμοποιούσε δισκόφρενα. Μέχρι τότε όλα τα αυτοκίνητα χρησιμοποιούσαν ταμπούρα, τα οποία αποτελούσαν μεγάλη τεχνολογική εξέλιξη για την εποχή, ενώ η χρήση της υποβοήθησης για την αύξηση της ισχύος φρεναρίσματος δυσκόλευε την επικράτηση των δισκόφρενων. Εξαιτίας της συνεχούς αύξησης των αυτοκινήτων, που παράλληλα γίνονταν όλο και πιο γρήγορα, οι κατασκευαστές υιοθετούσαν συνεχώς νέες λύσεις, που εφαρμόζονταν πρώτα στα αγωνιστικά αυτοκίνητα, για να περάσουν μετέπειτα στα συμβατικά. Η εξέλιξη της μικροηλεκτρονικής συνέβαλε ακόμα περισσότερο στην καλύτερη απόδοση ενός συστήματος πέδησης (βλέπε σύστημα αντιμπλοκαρίσματος των τροχών ABS), που ξεκίνησε να τοποθετείται σε ακριβά αυτοκίνητα στις αρχές της δεκαετίας του '80, για να γίνει στις μέρες μας απαραίτητο στοιχείο του εξοπλισμού και των πιο μικρών αυτοκινήτων. Από το 2004 το ABS είναι υποχρεωτικό να υπάρχει σε όλα τα νέα αυτοκίνητα που κυκλοφορούν στην Ε.Ε. ΞΗΡΟΣΑΒΒΙΔΗΣ ΚΩΝ/ΝΟΣ - ΚΑΒΑΛΑ 2009 Σελίδα 31
Η απόσταση ακινητοποίησης ενός οχήματος εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, όπως το υλικό (χυτοσίδηρος, κεραμικά συνθετικά με ανθρακονήματα) και ο τύπος των φρένων (δισκόφρενα αεριζόμενα - απλά, ταμπούρα), η κατάσταση, η ποιότητα και η πίεση των ελαστικών, οι εξωτερικές συνθήκες περιβάλλοντος (βροχή, ζέστη, κρύο, πάγος) και η κατάσταση του οδοστρώματος. Οι εξελίξεις στο πεδίο των φρένων για επιβατικά αυτοκίνητα έχει οδηγήσει σε επαρκή και αξιόπιστα συστήματα φρένων, που μπορούν να ακινητοποιήσουν τα αυτοκίνητα ακόμη και από μεγάλες ταχύτητες. Εάν οι συνθήκες οδήγησης είναι ακραίες (υγρό ή ολισθηρό οδόστρωμα, ξαφνική αντίδραση του οδηγού στην εμφάνιση ενός εμποδίου ή λανθασμένη συμπεριφορά άλλων οδηγών), οι τροχοί μπορεί να μπλοκάρουν κατά τη διάρκεια της πέδησης με αποτέλεσμα το όχημα να μην μπορεί να πηδαλιουχηθεί πια, αρχίζει να πλαγιολισθαίνει και μπορεί να ξεφύγει από το δρόμο. Στην κατάσταση αυτή παρεμβαίνει το σύστημα αντίμπλοκαρίσματος των τροχών (ABS). Αναγνωρίζει αμέσως κάθε τάση ενός ή περισσοτέρων τροχών να μπλοκάρουν και στιγμιαία εξασφαλίζει ότι η πίεση του φρένου διατηρείται σταθερή ή μειώνεται. Το όχημα μπορεί να κυβερνηθεί, διατηρείται σταθερό, και σταματάει σωστά. Επειδή επιτρέπει τον οδηγό να φέρει εις πέραν δύσκολες καταστάσεις ( Εικόνες 1.2 και 1.3 ), το ABS συμβάλλει αποφασιστικά στην ασφάλεια της οδήγησης. Το Antilock Braking System, γνωστό πλέον και ως ABS, είναι ένα σύστημα, που αποτρέπει το μπλοκάρισμα των τροχών κατά το φρενάρισμα, με σκοπό τη διατήρηση της προκαθορισμένης πορείας. Ακόμα και σε περιπτώσεις απότομου φρεναρίσματος, πανικού, και ολισθηρού οδοστρώματος το αυτοκίνητο παραμένει υπό έλεγχο, πράγμα που σημαίνει ότι ο οδηγός μπορεί να αποφύγει ένα εμπόδιο χωρίς να χρειάζεται να αφήσει πρώτα το φρένο. Εικόνα 1.2: Αριστερά, χωρίς ABS: Οι τροχοί έχουν μπλοκάρει και το όχημα έχει εκτραπεί. Εικόνα 1.3: Δεξιά, με ABS: To όχημα παραμένει απολύτως πηδαλουχήσιμο και διατηρεί την κυκλική του πορεία ακόμη και στην περίπτωση του φρεναρίσματος πανικού. ΞΗΡΟΣΑΒΒΙΔΗΣ ΚΩΝ/ΝΟΣ - ΚΑΒΑΛΑ 2009 Σελίδα 32
Εικόνα 1.4: Διαφορά φρεναρίσματος αυτοκινήτου σε ευθεία με ABS και χωρίς ABS. Εικόνα 1.5 Διαφορά φρεναρίσματος αυτοκινήτου σε στροφή με ABS και χωρίς ABS. ΞΗΡΟΣΑΒΒΙΔΗΣ ΚΩΝ/ΝΟΣ - ΚΑΒΑΛΑ 2009 Σελίδα 33
Α ΠΡΟΣΟΧΗ Αυτό που δεν μπορεί να πετύχει το σύστημα α- ντιμπλοκαρίσματος τροχών ABS είναι να υπερβεί τα άρια που τίθενται από τους νόμους της Φυσικής τόσο για το διάστημα φρεναρίσματος, όσο και για την οριακή ταχύτητα σε στροφές. Είναι ευθύνη του οδηγού η προσαρμογή του τρόπου οδήγησης στην κατάσταση του οδοστρώματος, στις καιρικές συνθήκες και στην οδική κυκλοφορία. Σε δρόμους βρεγμένους, χιονισμένους ή με χαλίκι η λειτουργία του ABS μπορεί να έχει ως αποτέλεσμα τη μεγαλύτερη απόσταση πέδησης από αυτή που θα μπορούσε να έχει ένα αυτοκίνητο χωρίς σύστημα ABS. Εικόνα 1.6: Προσοχή και με το ABS. 1.2 Δυνάμεις που επιδρούν στο αυτοκίνητο Ένα αυτοκίνητο μεταβάλλει συνεχώς την κατάσταση του καθώς φρενάρει, επιταχύνει, αλλάζει διεύθυνση, ή σταματάει. Οι καταστάσεις αυτές δημιουργούν ένα μεγάλο αριθμό δυνάμεων, που μπορούν να συνοψιστούν στον όρο δυναμική του αυτοκίνητου. Εάν το σύνολο των δυνάμεων που επιδρούν στο αυτοκίνητο μας δίνουν άθροισμα ίσο με το μηδέν, τότε το αυτοκίνητο είναι σταματημένο. Εάν το αποτέλεσμα είναι διαφορετικό του μηδενός, τότε το αυτοκίνητο είναι σε κατάσταση κίνησης. Οι δυνάμεις αυτές μπορούν να ταξινομηθούν σε τέσσερις κατηγορίες: α) τις κινητήριες δυνάμεις, που προέρχονται από τον κινητήρα και προκαλούν την κίνηση του αυτοκινήτου. β) τις δυνάμεις πλευρικής κατεύθυνσης, που είναι υπεύθυνες για την αλλαγή διεύθυνσης του αυτοκινήτου. ΞΗΡΟΣΑΒΒΙΔΗΣ ΚΩΝ/ΝΟΣ - ΚΑΒΑΛΑ 2009 Σελίδα 34
γ) τις δυνάμεις πρόσφυσης, που είναι οι κάθετες δυνάμεις από τον τροχό προς το έδαφος και εξαρτώνται από το βάρος του αυτοκινήτου. δ) τις δυνάμεις πέδησης, που επενεργούν αντίθετα από την κατεύθυνση κίνησης του τροχού. Οι δυνάμεις πέδησης εξαρτώνται από τον συντελεστή τριβής μεταξύ ελαστικού και οδοστρώματος και από τη δύναμη πρόσφυσης. Για να διατηρηθεί η σταθερότητα του αυτοκινήτου, πρέπει οι δυνάμεις που επενεργούν στους τροχούς και συγκεκριμένα το άθροισμα των κινητήριων δυνάμεων και το άθροισμα των πλευρικών δυνάμεων, να μην υπερβαίνουν τα όρια πρόσφυσης των ελαστικών. Το όριο αυτό βρίσκεται μέσα στον κύκλο του Kamm. Αν κάποια από τις δυνάμεις αυτές γίνει μεγαλύτερη και βγει έξω από τον κύκλο, τότε το αυτοκίνητο γίνεται ασταθές (Εικόνα 1.7). Εικόνα 1.7: Κύκλος ισορροπίας δυνάμεων ή Κύκλος Kamm. Εικόνα 1.8: Δυνάμεις που επενεργούν στον τροχό του αυτοκινήτου. Όταν ένας τροχός μπλοκάρει και δεν περιστρέφεται αλλά γλιστράει πάνω στο δρόμο, τότε παρατηρείται το φαινόμενο της ολίσθησης του τροχού. Η ολίσθηση των τροχών κυμαίνεται από 0% έως 100%. Ολίσθηση 0% σημαίνει ότι ο τροχός περιστρέφεται ελεύθερα, ενώ ολίσθηση 100% σημαίνει ότι ο τροχός είναι μπλοκαρισμένος (Εικόνα 1.8). ΞΗΡΟΣΑΒΒΙΔΗΣ ΚΩΝ/ΝΟΣ - ΚΑΒΑΛΑ 2009 Σελίδα 35
Η ιδιότητα της επιφάνειας, που καθορίζει, αν είναι περισσότερο ή λιγότερο ολισθηρή, είναι γνωστή ως συντελεστής τριβής. Η απόσταση πέδησης έχει άμεση σχέση με το συντελεστή τριβής. Μία υψηλή τιμή του συντελεστή τριβής υποδηλώνει μία μη ολισθηρή επιφάνεια, όπως π.χ. στεγνή καινούργια άσφαλτο, ενώ μία χαμηλή τιμή υποδηλώνει μία ολισθηρή επιφάνεια, π.χ. έναν παγωμένο δρόμο. Εκτός από τις δυνάμεις στις οποίες υπόκεινται οι τροχοί, υπάρχουν και άλλες δυνάμεις που επηρεάζουν τη δυναμική του αυτοκινήτου, όπως η αντίσταση του ανέμου. Ένας ισχυρός πλευρικός άνεμος προκαλεί την εκτροπή του αυτοκινήτου. Το άθροισμα όλων αυτών των δυνάμεων, που εξασκούνται στο αυτοκίνητο και τείνουν να προκαλέσουν την περιστροφή του αυτοκινήτου γύρω από τον κάθετο άξονα, είναι γνωστές ως ροπές εκτροπής του αυτοκίνητου. 1.2.1 Υπερστροφή - Υποστροφή Όταν η ροπή εκτροπής του αυτοκινήτου είναι μέσα στα όρια συνθηκών οδήγησης, το αυτοκίνητο κινείται στην επιθυμητή διαδρομή που ορίζεται από τον οδηγό. Όταν, όμως, διαγράφεται από το αυτοκίνητο μια άλλη καμπύλη τροχιά, εκτός της επιθυμητής διαδρομής, τότε ασκούνται στο αυτοκίνητο μία από τις δύο ροπές εκτροπής, που είναι δυνατόν να υπάρξουν, ως προς το οριζόντιο επίπεδο και ορίζονται ως υπερστροφή και υποστροφή (Εικόνες 1.9 και 1.10). Όταν η ροπή εκτροπής εμφανίζεται σαν υπερστροφή, τότε το πίσω μέρος του αυτοκινήτου τείνει να ολισθήσει έξω από την επιθυμητή καμπύλη τροχιάς. Το φαινόμενο της υπερστροφής συνήθως παρατηρείται, όταν οι πίσω τροχοί μπλοκάρουν σε ολισθηρό οδόστρωμα. Όταν η ροπή εκτροπής εμφανίζεται ως υποστροφή, τότε το μπροστινό μέρος του αυτοκινήτου τείνει να ολισθήσει έξω από την επιθυμητή καμπύλη τροχιάς. Το φαινόμενο της υποστροφής συνήθως παρατηρείται, όταν οι μπροστινοί τροχοί βρεθούν ξαφνικά σε παγωμένες επιφάνειες, χαλίκια κ.α. που προκαλούν την ολίσθηση τους. ΞΗΡΟΣΑΒΒΙΔΗΣ ΚΩΝ/ΝΟΣ - ΚΑΒΑΛΑ 2009 Σελίδα 36
Ροττη εκτροπής που προκαλει περιστροφή Υ Π Ε Ρ Σ Τ Ρ Ο Φ Η Ροπή έκτροπης που προκαλει περιστροφή Επιθυμητή απο τον οδηγο διαδρομή Εικόνα 1.9: Υπερστροφή αυτοκινήτου. Επιθυμητή από τον οδηγό διαδρομή ΥΠΟΣΤΡΟΦΗ Ροπή εκτροπής που προκαλει υποστροφή Πραγματική διαδρομή που ακολουθείται Εικόνα 1.10: Υποστροφή αυτοκινήτου. 1.3 Σύστημα πέδησης - Λειτουργία ABS Οι παράγοντες από τους οποίους εξαρτάται η συνολική απόδοση του συστήματος πέδησης είναι: α) η λειτουργική κατάσταση του συστήματος πέδησης και ιδιαίτερα ο συντελεστής τριβής που αναπτύσσεται ανάμεσα σε ταμπούρο - σιαγόνες ή ανάμεσα σε δισκόπλακα - τακάκια. ΞΗΡΟΣΑΒΒΙΔΗΣ ΚΩΝ/ΝΟΣ - ΚΑΒΑΛΑ 2009 Σελίδα 37
β) η κατάσταση των ελαστικών και του οδοστρώματος και ο συντελεστής τριβής μεταξύ ελαστικών και οδοστρώματος. Κατά το φρενάρισμα λοιπόν, αναπτύσσεται μία δύναμη τριβής μεταξύ ελαστικού και οδοστρώματος. Ταυτόχρονα δημιουργείται μία ολίσθηση ανάμεσα στο ελαστικό και την επιφάνεια του οδοστρώματος. Όσο πιο μεγάλος είναι ο συντελεστής τριβής και όσο πιο μικρό το ποσοστό της ολίσθησης των τροχών, τόσο καλύτερη είναι και η απόσταση φρεναρίσματος. Στο παρακάτω διάγραμμα φαίνεται η συνάρτηση μεταξύ της δύναμης τριβής και της ολίσθησης για μία τυπική περίπτωση σε στεγνό οδόστρωμα. Μέσα στο γραμμοσκιασμένο πεδίο η δύναμη φρεναρίσματος που μπορεί να μεταδοθεί φθάνει τη μέγιστη τιμή της. Αυτό είναι επίσης το πεδίο, μέσα στο οποίο λειτουργεί ρυθμιστικά το σύστημα ABS. Όταν μπλοκάρει ένας τροχός, επομένως, έχει ολίσθηση 100% και η δύναμη τριβής είναι κατά κανόνα μικρότερη από εκείνη που εμφανίζεται σε τροχό που κυλάει ακόμα. Εικόνα 1.11: Διάγραμμα δυνάμεων τριβής και πλάγιας ευστάθειας του αυτοκινήτου σε συνάρτηση με το συντελεστή ολίσθησης του τροχού. ΞΗΡΟΣΑΒΒΙΔΗΣ ΚΩΝ/ΝΟΣ - ΚΑΒΑΛΑ 2009 Σελίδα 38
Το σύστημα ABS δημιουργεί τέτοιες συνθήκες δυνάμεων πέδησης στον τροχό, ώστε η ολίσθηση να παραμένει μέσα στο γραμμοσκιασμένο πεδίο. Έτσι, εξασφαλίζεται η μέγιστη δύναμη τριβής. Ταυτόχρονα απομένει μία αρκετά μεγάλη δύναμη πλάγιας ευστάθειας, για την ικανότητα εκτέλεσης ελιγμών και την ευστάθεια πορείας. Για να επιτύχει τις παραπάνω ιδανικές συνθήκες πέδησης, το σύστημα ABS ελέγχει την πίεση των υγρών των φρένων. Ο έλεγχος της πίεσης των υγρών των φρένων περιλαμβάνει τρία βασικά στάδια λειτουργίας του συστήματος: α) την αύξηση της πίεσης β) τη συγκράτηση της πίεσης σε σταθερή τιμή γ) τη μείωση της πίεσης. Η αρχική αύξηση της πίεσης προέρχεται από τη δύναμη που ασκεί ο οδηγός στο πεντάλ του φρένου. Στη συνέχεια η συγκράτηση, η μείωση και η αύξηση πάλι της πίεσης γίνεται από το ίδιο το σύστημα. Στο παρακάτω διάγραμμα φαίνεται ο τρόπος λειτουργίας του συστήματος. Εικόνα 1.12: Διάγραμμα λειτουργίας του συστήματος ABS. ΞΗΡΟΣΑΒΒΙΔΗΣ ΚΩΝ/ΝΟΣ - ΚΑΒΑΛΑ 2009 Σελίδα 39
Στην Εικόνα 1.12 διάγραμμα φαίνεται η μεταβολή της ταχύτητας του αυτοκινήτου, η μεταβολή της ταχύτητας του τροχού και η πίεση φρεναρίσματος. Ενώ η ταχύτητα του οχήματος μειώνεται σταθερά, όπως φαίνεται από το διάγραμμα, η επιβράδυνση των τροχών δεν είναι σταθερή, αλλά παρουσιάζει διακυμάνσεις. Στο τμήμα ΟΑ υπάρχει μια μεγάλη επιβράδυνση των τροχών μετά από την απότομη αύξηση της πίεσης φρεναρίσματος, που οφείλεται στη δύναμη που ασκεί ο οδηγός στο πεντάλ των φρένων. Τη στιγμή αυτή οι αισθητήρες στροφών πληροφορούν την ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου του συστήματος για την ολίσθηση των τροχών. Η ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου ενεργοποιεί την ηλεκτροϋδραυλική μονάδα του συστήματος, που μειώνει την πίεση στο υδραυλικό κύκλωμα των φρένων (τμήμα ΑΒ), με την βοήθεια ηλεκτρομαγνητικών βαλβίδων. Στην συνέχεια γίνεται συγκράτηση της πίεσης και μείωση της επιβράδυνσης του τροχού (τμήμα ΒΓ). Η μείωση της επιβράδυνσης διαρκεί μέχρι να μηδενισθεί η ολίσθηση των τροχών. Έτσι, η επιβράδυνση των τροχών αντιστοιχεί με την επιβράδυνση του αυτοκινήτου (τμήμα ΓΔ), οπότε αυξάνεται η πίεση των υγρών στο κύκλωμα των φρένων. Η αύξηση της πίεσης των υγρών γίνεται από την ηλεκτροϋδραυλική μονάδα και συγκεκριμένα από την αντλία υψηλής πίεσης. Ο κύκλος αυτός λειτουργίας (τμήμα ΑΒ- ΒΓ-ΓΔ) μπορεί να επαναληφθεί πολλές φορές το δευτερόλεπτο. Με τον τρόπο αυτό το σύστημα ABS δημιουργεί ίδιες συνθήκες επιβράδυνσης τροχών και αυτοκινήτου. 1.4 Τμήματα συστήματος ABS Εικόνα 1.13: Διάταξη εξαρτημάτων συστήματος ABS. ΞΗΡΟΣΑΒΒΙΔΗΣ ΚΩΝ/ΝΟΣ - ΚΑΒΑΛΑ 2009 Σελίδα 40
Στα κύρια εξαρτήματα του συστήματος ABS περιλαμβάνονται τα εξαρτήματα που φαίνονται στην Εικόνα 1.13 επιπλέον από αυτά που περιλαμβάνονται σε ένα συμβατικό σύστημα φρένων. Αναλυτικά δηλαδή υπάρχουν επιπλέον: 1.4.1 Αισθητή ρες στροφών Οι αισθητήρες στροφών των τροχών ανιχνεύουν την ταχύτητα περιστροφής καθενός τροχού και παράγουν σήματα εξόδου. Τα σήματα αυτά πληροφορούν την ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου για την ολίσθηση ή όχι των τροχών. Ο αισθητήρας στροφών είναι αισθητήρας επαγωγικού τύπου. Αποτελείται από ένα πηνίο τυλιγμένο γύρω από ένα μόνιμο μαγνήτη (Εικόνα 1.14). Μπροστά από τον αισθητήρα περιστρέφεται ένας οδοντωτός τροχός. Κατά την περιστροφή του οδοντωτού τροχού μπροστά από τον αισθητήρα παράγεται μία εναλλασσόμενη τάση. Η συχνότητα της παραγόμενης τάσης είναι ανάλογη με την περιστροφή του τροχού. Το σήμα της παραγόμενης τάσης πληροφορεί την ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου για την περιστροφή των τροχών. Ο οδοντωτός τροχός τοποθετείται στο ημιαξόνιο του τροχού, στο μουαγέ, στο διαφορικό ή στον κεντρικό άξονα. Ο αισθητήρας στροφών τοποθετείται, σε σταθερή θέση, σε απόσταση από τον οδοντωτό τροχό από 1mm έως 1,5 mm. Καλώδιο Κελυαιος 3, Βααη στήριξής Επαφή Δόντι τροχού Δόντι τρονου ΤυΑινμα Υψηλή ταχύτητα Χαμηλή ταχύτητα Μαγνήτης Εικόνα 1.14: Αισθητήρας στροφών. ΞΗΡΟΣΑΒΒΙΔΗΣ ΚΩΝ/ΝΟΣ - ΚΑΒΑΛΑ 2009 Σελίδα 41