Blokkeringsfrie bremser

Blokkeringsfrie bremser er bremser som vert styrt av eit reguleringssystem, som hindrar at hjula låser seg. Om hjula låser seg og sklir på underlaget er ikkje køyretøyet lengre styrbart, og kan lett koma over i feil kjørebane. At framhjulet på ein motorsykkel låser seg er enda meir kritisk. Oppgåva til blokkeringsfrie bremser er å syta for at køyretøyet kan styrast sjølv når sjåføren panikkbremsar. Blokkerte hjul har mindre friksjon enn når dei rullar, så ved å syta for at hjula held fram med å rotera kan bremsekrafta aukast og bremselengda vert redusert. Samstundes hindrar det et køyretøyet roterer når det er ulik friksjon på venstre og høgre side av køyrebanen.

Adhesjonskoeffisient og sakking

Longitudial adhesjonskoeffisient $C_{L}$ (blå kurve) og transversal adhesjonskoeffisient $C_{T}$ (raud kurve) som funksjon av sakkinga $S$. Kurvene vil flytta seg nedover for vinterføre.

Kor kraftig ein kan bremsa før ein misser veggrepet avheng av friksjonskoeffisienten mellom dekket og vegbanen. Friksjonskoeffisientener er større mellom flater som er stasjonære i høve til kvarandre (stasjonær friksjon) enn når dei glir i høve til kvarandre (dynamisk friksjon). Luftfyllte bildekk er eleastiske og blir deformerte når dei rullar på køyrebanen. I tillegg til den elastiske deformasjonen har dei òg noko plastisk deformasjon (hysterese), slik at noko av energien som vert tilført for å deformera dekka vert omforma til termisk energi (dette er grunnen til at temperaturen i dekka stig under køyring). Ein nyttar difor omgrepet rullefriksjon, òg kalla adhesjon. Det er nyttig å definera ein sokalla «adhesjonskoeffisient» $C$, som er proporsjonal med friksjonen på køyrebanen: høg for turr betong og asfalt, låg på snøføre og svært låg på is.

Når eit hjul blir bremsa vil det rotera litt sakteare enn om det rullar fritt. Ein definerer sakkinga som

$S={\frac {\omega -\omega _{0}}{\omega _{0}}}$,

der $\omega$ er turtalet rad/s til eit hjul som blir bremsa og $\omega _{0}$ rad/s er turtalet til hjulet når det rullar fritt.

Adhesjonskoeffisienten $C_{L}$ i longitudial retning (køyreretninga) aukar for moderat sakking og når eit maksimum når sakkinga $S$ er rundt 10 til 15 %, for deretter å falla av når sakkinga aukar. Området der sakkinga ligg mellom null og maksverdien til adhesjonskoeffisienten vert kalla det stabile området, etter som ei større sakking fører til aukande adhesjonskoeffisient. Området over maksverdien til adhesjonskoeffisienten vert kalla det ustabile området, på grunn av at veggrepet avtek når sakkinga aukar.

Den transversale adhesjonskoeffisienten $C_{T}$, derimot, er størst når sakkinga er null og fell av så fort sakkinga tek til å auka, noko som betyr at dekka har lettare for å gli sidevegs. Om ein bremsar i ein sving er den optimale breksekrafta difor mindre enn når ein køyrer rett fram.

Arbeidsprinsipp

Prinsippskjema for blokkeringsfrie elektro-hydrauliske bremser.

Blokkeringsfrie skivebremser på ein motorsykkel. Den taggette skiva roterer med same turtal som hjulet, og når taggane passerer sensoren vist til høgre vert det generert pulsar som blir sende til regulatoren.

Situasjon der underlaget til hjula har ulik friskonskoeffisient $\mu$ på venstre og høgre side av køyrebanen. $F_{v}$ er krafta som driv køyretøyet framover på grunn av rørsleenergien, $F_{B1}$, $F_{B2}$, $F_{B3}$ og $F_{B4}$ er breksekreftene til dei ulike hjula og $\mu =0,8$ og $\mu =0,1$ er friksjonskoeffisientane på venstre respektivt høgre side.

Alle hjula på køyretøyet har sensorar som måler rotasjonshastigheita og sender denne informasjonen til eit reguleringssystem som avgjer kor kraftig kvart hjul vert bremsa. Sensorane som måler rotasjonshastigheita (turtalet) er ofte tannskiver og sensorar som genererer elektriske pulsar kvar gong ein av taggane på skivene passerer sensoren, som kan vera av induksons- eller halleffekttypen. Sensorane sender pulsstraumar til regulatoren, som nyttar denne informasjonen til å regulera bremsekrafta. Regulatoren justerer bremsekrafta ved å senda elektriske signal til servoventillar som så aukar eller minkar trykket i brensesylindrane. Dette er ei lukka reguleringssløyfe som blir oppdatert 5 til 6 gongar per sekund. Regulatoren er realisert i form av sanntidsprogram som køyrer på ein mikrokontroller.

På grunnlag av kor hard høraren trykker på bremsepedalen og turtalet til dei ulike hjula tilpassar regulatoren se bremsekrafta individuelt til kvart einskild hjul. På ein bil med fire hjul vert dette kalla eit firekanalssystem. Tidlege system hadde individuell regulering av bremsekrafta på framhjula og felles regulering for bakhjula, men moderne system har individuell regulering på alle hjula. På det viset kan bremsekrafta tilpassast optimalt når underlaget til dei ulike hjula har ulik adhesjonskoefisient, noko som ikkje er uvanleg på vinterføre. Ved å samanlika turtalet på hjula på venstre og høgre side og utslaget på rattet kan regulatoren avgjera om bilen flyttar seg i den retninga føraren ynskjer. Når hjula på venstre og høgre side har ulikt turtal veit regulatoren at bilen er i ein sving og kan då redusera bremsekrafta noko for å unngå at den transversale adhesjonskoefisienten vert for liten.

Blokkeringsfrie bremser på vogntog

Moderne vogntog har blokkeringsfrie bremser både på trekkvogna og på tilhengaren, slik at ingen av hjula låser seg. Når hjula på framakslingen på ein fireaksla tilhengar (slepevogn) låser seg er det fare for at framenden på tilhengaren sklir over i motgåande køyrefelt, noko som vert kalla «saks». Saks kjem ofte av at eit av hjula låser seg, slik at framakselen på tilhengaren vert styrt til høgre eller til venstre. Men ei påhengsvogn eller ein semitrailer kan òg koma over i feil køyrebane om bremsekrafta er for stor i høve til på trekkvogna. Før ein fekk blokkeringsfrie bremser på vogntog var det vanleg å justera bremsekrafta litt svakare på tilhengaren enn på trekkvogna for å unngå at hjula på tilhengaren blokkerte, noko som resulterte i for svak bremsekraft på tilhengaren. Med blokkeringsfrie bremser vert bremsekrafta på alle hjula tilpassa slik at ingen av hjula låser seg og bremselengda vert redusert.