Sistema di frenatura controllato elettronicamente EBS...

Sistema di frenatura controllatoelettronicamente EBS per veicolirimorchiati

EBST R A I L E R

Safety in Motion

Il sistema EBS WABCO per veicoli rimorchiati

Introduzione 3

Composizione del sistema ...... 4Funzioni del sistema ................ 5Generazione del valorenominale di frenatura .............. 5Integrazione del valoreausiliario di frenatura .............. 6Controllo delladecelerazione............................ 7Distribuzione dellaforza frenante.............................. 8Miglioramenti nel controlloABS e ASR .................................. 9L’EBS sui veicoli rimorchiati...... 9Descrizione del sistema .......... 10Funzionamento in ridondanza................................ 12Componenti EBS delveicolo rimorchiato .................. 13Valvola rele’ die emergenza EBS (servodistributore) (fig. 9)........................................ 13Modulatore EBS del veicolorimorchiato (fig. 10) ................ 14Valvola rele’ EBS ...................... 15Sensore del carico assiale........ 16Funzionamento dell’EBSper veicoli rimorchiabili .......... 16La sicurezza .............................. 20

Per soddisfare le richieste delmercato dei veicoli industrialiin continua espansione, i sis-temi di frenatura per veicolimotore e veicoli rimorchiatidevono essere continuamentemigliorati. Il mercato vuoleoggi che i veicoli industrialisiano sicuri, efficienti, confor-tevoli e rispettosi dell’am-biente.

Pietra miliare dello sviluppodei sistemi di frenatura e’stata l’introduzione della Nor-mativa Comunitaria nel 1973e lo sviluppo e l’introduzionenel 1981 del sistema antibloccaggio per veicoli indu-striali A.B.S. Il sistema EBS nerappresenta la logica prosecu-zione.

Gia’ dall’autunno del 1996 ilsistema EBS e’ stato montatocome equipaggiamento diserie sui veicoli di un costrut-tore europeo. L’EBS permettedi incrementare non solo lasicurezza del veicolo motoree del veicolo rimorchiato gra-zie alla riduzione degli spazidi arresto ma anche di au-mentare il comfort e l’econo-micita’ di guida per mezzo di:

Simultaneità dell’attivazio-ne della frenatura sulle ruote

e riduzione dei tempi di ris-posta nell’insieme veicolomotore-veicolo rimorchiato ilche consente un comporta-mento simile alla frenaturadelle autovetture che prescin-de dal carico trasportato.

Riduzione del numero deicomponenti e dei dispositividi interconnessione (elimina-zione del correttore di frena-ta, delle valvole adattatrici edelle valvole limitatrici dipressione sui rimorchi a timone).

Omogeneità del consumodei materiali di attrito su cias-cun asse del veicolo.

Miglioramento nella com-patibilita’ tra veicolo motore eveicolo rimorchiato.

Riduzione delle operazio-ni di montaggio e manuten-zione.

Un elevato grado di migliora-mento del sistema di frenatu-ra e’ raggiunto installando ilsistema EBS gia’ solo sul vei-colo motore. L’optimum delleprestazioni viene raggiuntoinstallando il sistema anchesul veicolo rimorchiato. Unulteriore aumento delle pre-stazioni viene ottenuto utili-zzando come elementi fre-nanti i dischi che hanno unaperdita di efficienza per effet-

to termico inferiore rispetto aitamburi. WABCO ha pianifica-to l’ingresso sul mercato delsistema EBS per rimorchidall’inizio del 1998 al fine direndere disponibili i migliora-menti sopra citati sul gruppoveicolo motore-veicolo rimor-chiato.

Nel futuro si deve prevedereper un certo lasso di tempola compresenza sul gruppoveicolo motore-veicolo rimor-chiato di sistemi EBS e con-venzionali e quindi deveessere assicurata la compati-bilita’. Questa brochure trattaquesto tema, i suoi risvolti ela sua soluzione.

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Introduzione EBST R A I L E R

Composizione del sistema

Il sistema EBS WABCO illust-rato in fig. 1, controlla per viaelettronica l’attuazione dellafrenatura sull’asse anteriore eposteriore del veicolo motoree sul veicolo rimorchiato.Oltre al controllo elettronicodella pressione di frenatura e’previsto un circuito pneumati-co di ridondanza (sicurezzasecondaria) sia sull’asse ante-

riore sia sull’asse posterioresia sul veicolo rimorchiato. Ilcosì-chiamato sistema EBSibrido e’ composto da

pedale freno (2) che gene-ra il segnale di frenaturaelettrico e pneumatico quan-do viene premuto.

una valvola rele’ propor-zionale (4) che controlla lapressione di frenatura sull’as-se anteriore e una valvola dicontrollo ABS (6) che consen-

te il controllo ABS sull’asseanteriore secondo la logicaM.I.R.

un modulatore d’asse (5)con circuiteria elettronicaintegrata che controlla lapressione, valuta i segnali deisensori, la velocita’ e il con-sumo dei materiali di attritonell’asse posteriore.

una valvola di ridondanza(10) sull’asse posteriore.

una valvola per il controllo

del veicolo rimorchiatoelettro-pneumatica (8) perconsentire l’attivazione deisistemi di frenatura conven-zionali; questa valvola per-mette l’aumento il manteni-mento e la riduzione dellapressione negli elementiattuatori in funzione delcomando.

una interfaccia dati (8) peril comando dei rimorchi dota-ti di sistema EBS. Questa

L’EBS per i veicoli rimorchiatiComposizione del sistema

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Fig. 1: Sistema EBS ibrido

1 air compression system2 braking power generator3 central control unit4 proportional relay valve5 pressure modulator6 ABS7 sensors8 trailer control9 auxiliary / parking brake

10 redundancy valve

interfaccia e’ integrata nellaconnessione ISO 7638 (ulteri-ori informazioni CAN sonodisponibili sui PIN 6,7)

Una centralina principalecon le funzioni di: - Attuazione delle strategie difrenatura- Controllo della pressione difrenatura nell’asse anteriore enel veicolo rimorchiato. - Rilevazione, valutazione deisegnali dei sensori nell’asse

anteriore, scambio dati con ilmodulatore d’asse per mezzodel bus-dati, scambio dati conaltri sistemi di controllo permezzo della linea dati delveicolo.

I principali costruttori europeiassociano al sistema EBS unaunita’ di generazione aria checombina, in un unico blocco,le funzioni dell’essiccatore,della valvola di protezione,

del regolatore e delle valvolelimitatrici.

Funzioni del sistema

Il sistema EBS ora in produ-zione di serie, consente uncerto numero di funzioni cheriducono i costi di operativi eaumentano il comfort dellafrenatura. Lo schema a bloc-chi di fig. 2 illustra il flusso

dei segnali. La gestione dellafrenatura e’ attuata per mezzodi differenti moduli software.

Generatione del valore

nominale di frenatura

Il valore nominale di frenatu-ra impostato dal conducenteper mezzo della pressione delpedale del freno, viene dalprincipio convertito in un

L’EBS per i veicoli rimorchiatiFunzioni del sistema

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Fig 2: Flusso dei segnali in unacombinazione veicolo motore-veicolo rimorchiato

ZFZ: towing vehicleAFZ: trailerBWG: brake power generatorRET: retarder electronicsPR: primary retarder

(engine brakes)SR: secondary retarderRB: friction brakesTRC: trailer controlDBI: integration of

sustained-action brakez-REG: vehicle retardation (z)

controlBKV: brake force distribution

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valore nominale di decelera-zione nel modulo „sensitivi-ta’“ (feeling). La decelerazio-ne nominale aumenta pro-gressivamente con l’aumenta-re dello spostamento angola-re del pedale del freno. Iparametri che regolano taleincremento, noti anche come„curva di sensitivita’“ (feelingcurve) possono essere stabilitiin accordo con le esigenzedel costruttore od in funzione

della tipologia del veicolo.

Integratione del valore

ausiliario di frenatura

Nel modulo per l’integrazionedel sistema ausiliario di frena-tura, la forza frenante e’ dis-tribuita tra il freno ausiliarioed i freni convenzionali adattrito. Tale distribuzione e’attuata in modo che il freno

ausiliario fornisca sempre ilmassimo dell’azione. Questastrategia riduce il consumodei materiali di attrito sia sulveicolo motore sia sul veicolorimorchiato. In questo modoe’ sempre disponibile il mas-simo della potenzialita’ dellafrenatura. L’integrazione delsistema ausiliario di frenaturaincrementa cosi’ le caratteri-stiche di sicurezza economici-ta’ e comfort. Il sistema ausi-

liario di frenatura e’ comun-que ancora attivabile in modoseparato dai freni ad attrito(di servizio) per mezzo diuna leva o di un interruttore.Il sistema ausiliario di frena-tura puo’ essere rappresenta-to dal freno motore stessoe/o dal retarder. In funzionedel tipo di frenata richiesta,questi dispositivi sono attivatiuno dopo l’altro oppure con-temporaneamente in modo


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continuo o ad attivazioni suc-cessive.

Controllo della decelera-

zione

Nel controllo della decelera-zione si assume che, premen-do il pedale del freno, il con-ducente intenda rallentare ilveicolo piu’ di quanto stabili-to dalla decelerazione dovuta

al gradiente del piano strada-le o all’attrito dell’aria. Perquesto motivo la deceleratio-ne richiesta viene assuntacome riferimento. La dece-lerazione reale viene rilevataper mezzo dei sensori di ve-locità posizionati sulle ruote.In funzione della differenzatra la decelerazione reale edella decelerazione nominale,viene calcolato un valorenominale di regolazione per

stabilire la coppia che deveessere applicata dal sistemaausiliario di frenatura e lepressioni dei freni di servizio.Prescindendo dal carico tras-portato, il controllo di dece-lerazione stabilisce un rap-porto costante tra la posizio-ne del pedale del freno e ladecelerazione del veicolo. Permezzo di ulteriori misurazioniquali la rilevazione dellepressioni di risposta e dell’i-

steresi nella frenata, al condu-cente viene fornita una ris-posta piu’ diretta a qualsiasivariazione dei valori nominalie quindi un migliore „feelingdi frenatura“. In funzione delvalore nominale di decelera-zione desiderato e del caricotrasportato, le pressioni difrenatura per il veicolo moto-re e per il veicolo rimorchiatosono calcolate separatamenteall’interno dei moduli per la


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distribuzione della forza fre-nante. In particolare, la distri-buzione delle forze frenantitra il veicolo motore ed il vei-colo rimorchiato e’ calcolatanel modulo per l’attuazionedel veicolo rimorchiato.

Distribuzione della

forza frenante

La fig. 3 illustra un esempio

di distribuzione della forzafrenante in un veicolo rimor-chiato, sia quando il veicoloe’ scarico sia quando il veico-lo e’ carico. Cio’ che e’ statosviluppato prende il nome di„distribuzione combinatadelle forze frenanti“. Questosviluppo consente una distri-buzione ottimizzata dellaforza frenante in funzionedell’attrito del piano stradaleper i valori nominali di dece-

lerazione piu’ alti e una distri-buzione ottimizzata dellaforza frenate in funzione delconsumo delle masse di attri-to per i valori nominali didecelerazione piu’ bassi. Sesono disponibili i sensori perla rilevazione del consumodei materiali di attrito, i se-gnali relativi sono esaminatidal sistema EBS per imple-mentare un sistema di con-trollo adattativo del consumo.

Di conseguenza la distribu-zione della pressione di fre-natura puo’ essere stabilitaper le decelerazioni di piu’bassa entita’ nell’ottica diconsentire una sostituzionecontemporanea dei materialidi attrito nell’asse anteriore eposteriore. La decelerazioneottimizzata in funzione dell’at-trito del piano stradale, per ivalori nominali di maggiorentita’ ha come effeto la ris-


Fig. 3:

Distribuzione dellaforze frenante in unveicolo rimorchiato

posta pressochè simultaneadel controllo ABS su tutti gliassi.

Miglioramenti nel

controllo ABS e ASR

Le funzioni ABS e ASR sonostate integrate nel sistemaEBS con miglioramenti in ter-mini di prestazioni e comfortper mezzo di informazioni

aggiuntive riguardanti l’attua-zione dei freni, il valorenominale, il carico assiale e lapressione di frenatura.

L’EBS sui

veicoli rimorchiati

Le figg. 4, 5 illustrano il siste-ma di frenatura pneumaticooggi comunemente usato inEuropa. In un semirimorchio

questo sistema e’ compostoda una valvola relè di emer-genza (servodistributore), daun correttore di frenata e daun sistema ABS. Nel VARIO-COMPACT-SYSTEM (VCS) quiillustrato, le valvole relè ABSe l’elettronica di controllosono state raggruppate in ununico modulo. Nel rimorchi atimone vengono aggiunti unsecondo correttore di frenata,una terza valvola relè ABS,

una valvola adattarice sull’as-se anteriore e una valvolalimitatrice della pressionesull’asse posteriore. Sebbenequesto sistema di frenaturaabbia raggiunto un elevatogrado di sofisticazione, inparticolare modo attraversol’utilizzo dell’ABS, sono possi-bili ulteriori perfezionamentiche verranno descritti nelseguito:

L’EBS sui veicoli rimorchiati

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Reserve

Bellows pressure

Brake

ISO 7638

Fig. 4:

Sistema convenzionalper semirimorchi

1 relay emergency valve

2 Vario Compact ABS3 ABS sensor4 load-sensing valve

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Riduzione del numero dicomponenti e quindi dei costidi installazione per il costrut-tore del veicolo.

Sostituzione delle valvoleconvenzionali e dei dispositi-vi di taratura con l’impiego diuna regolazione elettronicaottenibile per mezzo di unasemplice parametrizzazione.

Possibilita’ di eliminarequasi completamente le varia-zioni delle caratteristiche

risultanti dalle tolleranze dellevalvole pneumatiche usandocircuiti di regolazione dellapressione finzionanti con unelevato grado di precisione.

Miglioramento considere-vole del tempo di risposta delsistema e quindi contribuzio-ne attraverso la riduzionedegli spazi di frenata all’incre-mento della stabilita’ delgruppo veicolo motore veico-lo rimorchiato mediante il

„controllo elettronico dell fre-natura“.

Ampliamento delle possi-bilita’ di diagnosi per l’interosistema di frenatura incluse leistruzioni di manutenzione edi riparazione.

Possibilita’ di avere unaprocedura di test di fine lineapiu’ completa con registrazio-ne automatica dei risultati. Queste possibilita’ di miglior-amento costituiscono le basi

per lo sviluppo del sistemaEBS dove viene attuata laregolazione elettronica dellafrenatura nei veicolirimorchiati.

Descrizione del sistema

La fig. 6 illustra il sistema EBS standard per un semiri-morchio a tre assi. Il sistemaregola elettronicamente le

L’EBS sui veicoli rimorchiati

Reserve

Bellows pressureBellows pressure

Brake

ISO 7638

Fig. 5:

Sistema convenzionalper rimorchi a timone

1 relay emergencyvalve

2 Vario Compact ABS3 ABS sensor4 load-sensing valve5 3rd ABS modulator6 adapter valve7 pressure limiting

valve

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pressioni di frenatura sui lati.E’ composta da un modulato-re compatto a doppio circuitocon interfaccia dati digitaleISO 1199-2 verso il sistemaEBS del veicolo motore, dauna valvola relè di emergen-za, da un sensore del caricoassiale, e da sensori ABS. Neirimorchi a timone o nei semi-rimorchi ad asse sterzante ilsistema precedentementedescritto viene integrato da

una ulteriore valvola relè EBSmontata sull’asse sterzante(cfr. fig. 7). I veicoli rimor-chiati con sistema di frenaturacontrollata elettronicamentedevono essere compatibilitanto con veicoli motoredotati anch’essi di sistemaEBS quanto con veicoli moto-re dotati di sistema di frena-tura convenzionale e devonopoter essere frenati con cir-cuiti pneumatici di ridondan-

za in caso di guasto del siste-ma EBS. Le caratteristichesopra descritte vengonoimplementate in tre possibilimodi:

Impiego di veicoli motore

dotati di sistema EBS e

giunto di collegamento ISO

7638 con interfaccia CAN.

In questa configurazione so-no disponibili tutte le funzio-

ni dell’EBS. Il veicolo rimorchiato riceve i valorinominali per mezzo dell’inter-faccia dati.

Impiego di veicoli motore

dotati di impianto frenate

convenzionale con giunto

di collegamento ISO 7638

per l’alimentazione del sis-

tema ABS del veicolo ri-

morchiato ma senza inter-

faccia CAN

L’EBS sui veicoli rimorchiatiDescrizione del sistema

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Reserve

Brake

ISO 7638 + CAN

Fig. 6:

Sistema EBS standardper semirimorchi a trassi

1 EBS relay emergencvalve

2 EBS trailer modulat3 ABS sensor4 axle load sensor5 pressure sensor6 pressure switch7 redundancy valve

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Sono disponibili tutte la fun-zioni EBS ad eccezione dellatrasmissione dei valori nomi-nali per mezzo dell’interfacciadati CAN. I valori nominalisono trasmessi attraverso ilsensore di pressione nellavalvola relè di emergenza(servodistributore), la qualerileva la pressione di coman-do.

Funzionamento in

Ridondanza

In caso di avaria dell’alimen-tazione elettrica si puo’ semp-re effettuare la frenatura inmodo pneumatico anche sevengono escluse le funzionidi ripartizione della frenata inbase al carico ed ABS. Nelfunzionamento in ridondanza,la risposta del sistema e’ simi-le a quella degli impianti tra-

Componenti EBS del veicolo rimorchiato

Reserve

Brake

ISO 7638 + CAN

Fig. 7:

Sistema EBS perrimorchi a timone

1 EBS relay emergenvalve

2 EBS trailer modula3 ABS sensor4 axle load sensor5 pressure sensor6 pressure switch7 redundancy valve8 EBS relay valve

dizionali. Se il veicolorimorchiato, dotato di EBS,viene comandato pneumatica-mente, si ha comunque unmiglioramento del tempo dirisposta grazie alla rilevazioneelettrica della pressione dicomando. Nell’impiego conmotrici dotate di sistema EBSe del comando tramite lineaCAN, la pressione nel veicolorimorchiato dotato di EBSraggiunge il valore desiderato

in sincrono con il veicolomotore.

Componenti EBS del

veicolo rimorchiato

I componenti chiave del siste-ma EBS in un veicolo rimor-chiato sono il modulatoreEBS compatto a doppio cir-cuito, la valvola relè di emer-genza (servodistributore), una

eventuale valvola relè EBS eil sensore di carico assiale.

Valvola rele’

di emergenza EBS

(Servodistributore) (Fig.9)

Poiche’ i veicoli rimorchiatidotati di EBS possono essereaccoppiati a veicoli motoredotati di sistema di frenaturaconvenzionale si rende

ancora necessario l’uso di dis-positivi quali la valvola relèdi emergenza (servodistribu-tore) con tutte le funzioni chequesta supporta, e la valvoladi non ritorno. Puo’ mancaresoltanto la taratura manualepoiché’ questa viene realizza-ta elettronicamente. Sonoinoltre incorporati un sensoredi pressione (1) per la gene-razione di un valore di frena-tura in base alla pressione di


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Fig. 9: EBS Relay Emergency Valve

comando ed un pressostato(2) per il controllo del senso-re di pressione. Il pressostatoe’ montato all’ingresso dellavalvola del freno, il sensoredi pressione sull’uscita. Gra-zie a questa disposizione, e’possibile rilevare, nel caso diuna motrice dotata di EBS, lafrenatura automatica dovutaalla rottura del condotto dialimentazione. Questa infor-mazione puo’ evitare la frena-

tura automatica del veicolorimorchiato, normalmenteeffettuata a condizione che lapressione di alimentazione siasufficientemente elevata. Inquesto caso il conducenteviene informato dalla spia diemergenza.

Modulatore EBS

del veicolo rimorchiato

(fig. 10)

Il modulatore EBS del veicolorimorchiato e’ realizzato perun impianto a due canali e,nel caso di un semirimorchio,regola la pressione del cilin-dro di frenatura per ciascunlato. Per questo motivo dis-pone di due canali pneumati-ci di controllo della pressioneindipendenti composti da duevalvole relè (1) controllateper mezzo di due valvoleelettromagnetiche (2,3) dalla

centralina elettronica (4) e dadue sensori della pressione difrenatura (5). Sono stati inolt-re integrate la valvola diridondanza (6) e un sensore(7) per rilevare la pressionedi alimentazione. Il modulato-re per veicoli rimorchiaticomunica col veicolo motoredotato di EBS per mezzodell’interfaccia standard ISO1199-2. Nella fig. 10 vieneillustrata a destra la posizione


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Fig. 10

della valvola durante l’alimen-tazione e, a sinistra, durantelo scarico con il funzio-namento del sistema EBS.Come gia’ nel Vario-Compact-Sytem (VCS) anche nell’EBSsi e’ adottato il procedimentodi connettere tutti i cavielettrici mediante prese ester-ne evitando cosi’ di doveraprire la centralina.

Il modulatore del veicolorimorchiato dispone di conn-essioni per

alimentazione di tensionesecondo ISO 7638 compresoCAN

valvola relè EBS di emer-genza (servodistributore)

valvola relè EBSdiagnosisensori di velocita’sensore di carico assiale

Valvola rele’ EBS

Quando viene installato unsistema 4S/3M cioe’ nel casodi rimorchi a timone o semiri-morchi con asse sterzante, e’necessario installare una val-vola relè EBS oltre ai duemodulatori gia’ integrati nelmodulatore EBS per veicolirimorchiati. Questa valvolacomprende una valvola relècon due elettrovalvole (di

ingresso e uscita), una valvo-la di ridondanza e un sensoredella pressione di frenatura.Questa valvola non ha elettronica integrata ma e’comandata dal modulatoreper veicoli rimorchiabili. Aquesta valvola possono essereconnessi sino a quattro cilin-dri freno.


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Fig. 10:

Modulatore EBS per veicolirimorchiati

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Sensore del carico assiale

Il sensore del carico assialerileva la pressione del soffiet-to della sospensione pneuma-tica. Questa informazione,unitamente a parametri veico-lo specifici viene utilizzataper calcolare l’effettiva condi-zione di carico sull’asse.

Funzionamento dell’EBS

per veicoli rimorchiabili

Il software dell’EBS per veico-li rimorchiati e’ composto dadiversi sottogruppi ciascunodei quali attua una differentefunzione. Come illustrato infig. 11, l’EBS viene comanda-to per mezzo dell’interfacciaCAN per veicoli rimorchiatiquando accoppiato ad un vei-colo motore dotato di sistema

EBS con presa 7-pin, o permezzo della condotta ad ariaquando accoppiato ad un vei-colo motore con una presa a5-pin. Il modulo del valorenominale seleziona tra i duevalori disponibili quello vali-do in quell’istante, dove natu-ralmente ha priorita’ il valoredisponibile su CAN, piu’ rapi-do. Se, tuttavia, viene appli-cato anche il freno di stazio-namento, e dato che questo

lavora pneumaticamente inmodo tradizionale, questarichiesta di frenatura deveessere soddisfatta per prima.L’EBS per veicoli rimorchiaticomprende il controllo dellafrenata in funzione del carico,per cui si deve distinguere frasemirimorchi, rimorchi adasse centrale e rimorchi contimone. La condizione effetti-va di carico viene rilevata permezzo di sensori posizionati

Il funzionamento dell’EBS per veicoli rimorchiati

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Fig. 11:

La gestione dell frenaturamediante EBS

nei soffietti delle sospensioni.Nei semirimorchi viene usatoun correttore statico similealla configurazione attuale(fig. 12). La funzione di tras-missione tra il giunto diaccoppiamento e la pressionedi frenatura e’ divisa in dueintervalli:

intervallo di applicazione „A“intervallo di stabilita’ „S“

In questo esempio, la pressio-ne del cilindro freni nell’inter-vallo di applicazione sale per0 < pm < 0.6 bar da 0 sino a0.4 bar. A pm = 0.7 bar si rag-giunge la pressione di ris-posta nel cilindro freno, percui il veicolo puo’ sviluppareforza frenante. Questo punto,cioe’ la pressione di rispostadell’intero sistema frenantedel veicolo rimorchiato, e’parametrizzabile. Su un veico-

lo carico, la pressione di fre-natura aumenta linearmentesino al valore calcolato quan-do pm = 6.5 bar. Quando ilveicolo e’ scarico la pressionedi risposta viene calcolata perpm = 0.7 bar ed assume valoriinferiori rispetto al caso pre-cedente. Nel caso di unrimorchio a timone la riparti-zione della forza di frenatura(fig. 13 asse ant. curva rossa)realizzata per mezzo di algo-

ritmi software rende obsoletidispositivi come il correttore,la valvola adattatrice sull’asseanteriore e la valvola limitatri-ce della pressione sull’asseposteriore.

La funzione di trasferimentoe’ divisa in tre intervalli:

intervallo di applicazione „A“intervallo di usura „V“


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Fig. 12: Load-Sensitive Braking of semitrailers Fig. 13: Brake Force Distribution in Drawbar Trailers

intervallo di stabilita „S“

Nell’intervallo di usura (frena-tura parziale), le pressionivengono calcolate nell’otticadi ottimizzare il consumo delmateriale di attrito. Surimorchi a timone, dotati adesempio di attuatori „tipo 24“sull’asse anteriore e „tipo 20“sull’asse posteriore, la pres-sione viene lentamente ridot-ta sull’asse anteriore e lenta-

mente aumentata sull’asseposteriore. Questo comporta-mento consente di ottenereuna ripartizione della forzafrenante piu’ precisa rispettoal caso attuale dove la riparti-zione e’ regolata dalla valvolaadattatrice. Nell’intervallo distabilita’ le pressioni vengonocalcolate per ottenere aderen-za uniforme in funzione delcarico sugli assi. Nel regolato-re di pressione i valori nomi-

nali forniti dal nodulo per laripartizione della forza di fre-natura vengono traformati incomandi per le elettrovalvole.Le pressioni di frenatura ven-gono rilevate da appositi sen-sori di pressione e inviati allacentralina dove vengono con-frontati con i valori nominalie modificati in caso di diver-genza. Le configurazioni delsistema ABS derivano dal bennoto sistema Vario-Compact-

System (VCS) e sono: 2S/2M,4S/2M, 4S/3M. Poiche’ ora,mediante i sensori di pressio-ne integrati sono note lepressioni di taglio della rego-lazione ABS, e’ possibile mig-liorare il processo di control-lo. Ad esempio ora, dopouno scarico dei modulatoriABS, e’ possibile comandarenuovamente la frenata conuna pressione leggermenteinferiore rispetto al preceden-


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te valore in modo da ottimiz-zare l’accoppiamento dinami-co ottimizzando l’aderenza. Ilsistema EBS e’ compostoanche da un sistema di frena-tura pneumatico di tipo con-venzionale, la così dettaRidondanza Pneumatica. Seper esempio, il giunto ISO7638 con il veicolo motore e’guasto o non e’ stato collega-to o se la frenatura elettricapresenta un guasto di qualsi-

voglia natura, la frenata e’comunque garantita dal cir-cuito puramente pneumatico,sebbene senza le funzioniABS e ripartizione delle forzein funzione del carico. Unvantaggio importante delsistema EBS e’ l’eliminazionedel correttore oggigiornoinstallato negli impiantifrenanti tradizionali connumerose varianti e regola-zioni Tale taratura e’ infatti

ottenuta mediante una oppor-tuna parametrizzazione dellacentralina. Tutte le funzioni disicurezza garantite dal corret-tore tradizionale come, adesempio, il mantenimento diuna % di pressione in caso dirottura del soffietto della sos-pensione sono implementatenella routine software dellacentralina EBS. Il noto pro-gramma WABCO per il calco-lo della frenatura e’ stato

ampliato con il calcolo deiparametri EBS. Il programmamette a disposizione i para-metri richiesti sotto forma distampa su carta oppure difile. Per la verifica post pro-duzione e per la diagnosisono disponibili sia ilWABCO DiagnosticController, sia un programmaeseguibile mediante P.C. inambiente Windows. Entrambiquesti dispositivi offrono al


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costruttore la possibilita’ digestire tutti i parametri neces-sari. I costruttori farannoeffettuare i calcoli di frenaturada WABCO. I dati ricevuti viafax o E-MAIL verrano caricatisulle centraline usando ilDiagnostic Controller o il P.C.

La sicurezza

I sensori aggiunti e la capaci-ta’ di calcolo del sistema per-mettono di monitorare unelevato numero di funzioni edi implementare numerositest di plausibilita’ che vannoal di la’ delle possibilita’ oggiofferte dall’ABS. Nel caso diun difetto di funzionamentoverra’ esclusa solo la funzioneinteressata e non tutto il siste-

ma per cui e’ sempre garanti-ta la massima sicurezza realiz-zabile nel dato momento. Per esempio il sistema e’ ingrado di riconoscere un even-tuale difetto (scollegamento ointerruzione) nella lineapneumatica e di avvertire ilconducente. Per motivi disicurezza e di economicita’ diesercizio, l’applicazione dellaforza frenante sul veicolorimorchiato deve essere sin-

cronizzata con l’applicazionedella forza sul veicolo moto-re. Il gruppo veicolo motore-veicolo rimorchiato e’ consi-derato ben sincronizzatoquando il ritardo di temponell’intervento e il raggiungi-mento della pressione di regi-me nei due veicoli sono mini-mi e se le forze sono ripartitesecondo il carico trasportato.La ripartizione delle forzefrenanti e’ ideale quando le


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frenature dinamiche degli assidi una combinazione veicolomotore-veicolo rimorchiatosono uguali, cioe’ quandociascun asse della combina-zione decelera la sua parte dimassa dinamica secondo illivello stabilito dal guidatore.La fig. 14 illustra tale situazio-ne.

Come schematizzato nell’illu-strazione prima citata, il rap-

porto tra la forza di frenaturae il carico assiale, o angolo difrenatura α, e’ il medesimo sututti gli assi. In tale situazionesi realizza una composizionedi forze ideale tra il veicolomotore e il veicolo rimorchia-to. Nel caso di veicoli artico-lati, la forza sul timone e’ ’FD= 0 e su un semirimorchioil rapporto tra la forza vertica-le ed orizzontale agenti sullaralla e’ uguale all’angolo di

frenatura α. Per assicurareuna adeguata sincronizzazio-ne tra i veicoli motore erimorchiato, le normative ECER13 e RREG 71/320 stabilisco-no un valore minimo per laformazione della pressionesul giunto di accoppiamentoe il rapporto di frenatura Z infunzione della pressione nelgiunto di accoppiamento stes-so. Anche se i nuovi veicoliequipaggiati con EBS devono

soddisfare la banda di com-patibilita’ soltano a pienocarico, i costruttori cercano diottenere una buona compati-bilita’ in ogni condizione dicarico facendo ancora uso delcorrettore. Dal momento checio’ e’ possibile, si cerca diottenere una curva posiziona-ta al centro della banda. Nelcaso di combinazioni di vei-coli variabili con una certafrequenza, la regolazione

Compatibilità tra veicolo motore e veicolo rimorchiato

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Fig. 14:

Ripartizione idealedelle forze di frenaturafra gli assi di una com-binazione

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sopra citata consente di otte-nere un comportamento me-diamente soddisfacente pertutti i veicoli coinvolti, inoltrela combinazione denuncia uncomportamento ben bilancia-to in caso di forti decelerazio-ni. In pratica tuttavia, si verifi-cano sempre devi-azioni nellacompatibilita’ del convoglio;questo fatto si manifesta prin-cipalmente in una sensibiledifferenza nel consumo dei

materiali di attrito. Per quantoriguarda il consumo dei mate-riali di attrito di un convoglioe’ determinante la frenaturadi ciascun veicolo a pressioniridotte, quindi in un campo0.2 < pm < 1.5 bar, dove sieffettua la maggior parte dellefrenate. La fig. 15 illustra unveicolo motore con una pres-sione di risposta di 0.5 bar eun veicolo rimorchiato conuna pressione di risposta di

0.8 bar. Entrambi i veicoliraggiungono la stessa dece-lerazione alla pressione calco-lata. Nell’intervallo di frenatu-ra parziale a pm = 1.2 bar, ledifferenze nelle pressioni cau-sano una frenatura ridotta del50% nel veicolo rimorchiato.La fig.16 illustra due veicoli icui freni hanno le medesimepressioni di risposta, ma consoluzioni progettuali moltodiverse. A pm = 6.5 bar il vei-

colo motore denuncia unafrenatura di 0.63, il veicolorimorchiato di 0.50. Le diffe-renza nelle forza frenantenell’intervallo di frenaturaparziale a pm = 1.2 bar e’ solo del 23%. Il caso peggioresi verifica quando il veicolorimorchiato ha ancora unaelevata pressione di risposta.Questo esempio illustra comei problemi del consumo deimateriali di attrito non sono


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Fig. 15:

Esempio di posizio-namento dei veicolidentro la banda dicompatibilita’

dovuti a differenti pendenzenelle curve caratteristiche diciascun veicolo nella bandadi compatibilita’, ma piuttostoad una eccessiva differenzanelle pressioni di risposta(cfr. fig. 15). Ulteriori proble-mi si possono verificare se ilveicolo motore e quellorimorchiato sono equipaggiaticon freni di tipologia diffe-rente (cfr.fig.16): sempre piu’veicoli motore sono equipag-

giati con dischi mentre i vei-coli rimorchiati sono per lopiu’ allestiti con tamburi.Poiche’ i dischi denuncianouna perdita di efficienzafrenante per effetto termicoinferiore a quella dei tamburi,la loro forza frenante dimi-nuisce meno rapidamente adalte temperature. Nel caso difrenate prolungate, l’energiafrenante viene progressiva-mente trasferita dal veicolo

rimorchiato, frenato a tambu-ri, al veicolo motore frenato adischi. Per questa ragioneuno dei maggiori obiettividurante lo sviluppo dell’EBSe’ stato quello di raggiungereil piu’ alto grado di sincroniz-zazione nella combinazionedei veicoli ossia di migliorarela loro compatibilita’.

L’intendimento sopra espres-so è raggiunto mediante treaccorgimenti:

La scelta di base nell’EBSdelle motrici consente, nell’in-tero campo di frenatura, diposizionarsi nel centro dellabanda del veicolo carico (fig. 17). In tal modo il con-trollo della decelerazionedescritto nel cap. 2 permettela sincronizzazione continua


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Fig. 16:

Esempio di posizio-namento dei veicolidentro la banda dicompatibilita’

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del ritardo di pressione algiunto di accoppiamento.

La scelta di base dei vei-coli rimorchiati equipaggiaticon EBS WABCO consente diposizionarsi nel centro dellabanda, come nel caso dei vei-coli rimorchiati sino ad orautilizzati. Il punto di inizionella banda EC, cioe’ la pres-sione di risposta e’ fissato in0.7 bar.

Mediante il riconoscimen-to della pressione di rispostasviluppato da WABCO simonitorizzano automatica-mente le differenze nellapressione di risposta tra ilveicolo motore e il veicolorimorchiato, ciascuna diffe-renza viene sommata sottoforma di predominanza allapressione pm nel giunto diaccoppiamento come illustra-to in fig. 18. L’intervallo di

funzionamento si trova dentro i limiti della banda ECE,cioe’ tra 0.2 e 1 bar. Quandoviene rilevata la pressione dirisposta, tutti i freni dellacombinazione vengono attuatisimultaneamente all’applica-zione del pedale del freno. Lafunzione di anticipo della val-vola controllo rimorchio tradi-zionale viene cosi sostituitada una funzione elettrica chee’ tarata automaticamente in

funzione dei differenti veicolirimorchiati che compongonola combinazione. L’insieme diquesti accorgimenti, l’identicapressione di risposta, il posi-zionamento nel centro dellabanda, fa sì che le caratteristi-che della frenatura di ciascunveicolo componente la com-binazione siano coincidentialmeno nell’intervallo dibassa pressione e quindi per-mette di ottenere la massima


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Fig. 17:

Posizionamento del vei-colo motore e del vei-colo trainato nellabanda di compatibilita’

uniformità nel consumo deimateriali di attrito. L’usuraglobale dei materiali di attritoviene inoltre ridotta poichèl’ottimizzazione della ripartizione delle forze dimi-nuisce il livello medio di tem-peratura nelle ruote frenate.

Il miglioramento nellacompatibilita’ dovuto all’EBSe’ ottenuto grazie alla varia-zione dinamica della posizio-

ne nella banda includendol’adattamento della pressionedurante la frenata, sebbene la scelta di base di ciascunveicolo componente la com-binazione sia ancora quelladel posizionamento all’inter-no della banda. Per garantirela compatibilita’, le nuoveregolazioni EBS consentono un cambio dinamicodella posizione nella bandadel solo veicolo motore, cioe’

la posizione del veicolorimorchiato nella banda dicompatibilita’ non deve esse-re soggetta ad alcuno sposta-mento durante il processo difrenatura. La variazione diposizione della banda puo’avvenire nella motrice medi-ante la regolazione dellepressioni sui cilindri dei frenie/o mediante la regolazionedella pressione nel giunto diaccoppiamento. Le informa-

zioni fornite sulla pressionedel giunto di accoppiamentosi applicano anche ai valorielettrici nominali per il veico-lo rimorchiato. Il modo piùsemplice per sincronizzare leforze di frenatura di un veico-lo motore e del suo veicolorimorchiato sarebbe quello divariare la pressione di frena-tura negli assali del veicolomotore in rapporto alla pres-sione sul giunto di accoppia-


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Fig. 18:

Regolazione della posi-zione nella banda permezzo della rilevazionedella pressione di ris-posta

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mento controllando nel con-tempo il veicolo rimorchiatoper mezzo di una valvolacontrollo rimorchio tradizio-nale. Tale soluzione tuttaviacomporterebbe un peggiora-mento nel tempo di rispostadel gruppo veicolo motore-veicolo rimorchiato. Quindiuna soluzione più efficaceviene ottenuta con un circuitoelettro-pneumatico nella val-vola controllo rimorchio che

permetta alla pressione nelgiunto di accoppiamento diessere modificata un funzionedell’efficienza frenante delveicolo rimorchiato. Il sistemaWABCO consente di con-trollare a prescindere dallaconfigurazione del veicolomotore il comportamentoconvenzionale del veicolorimorchiato andando a esami-nare la pressione in condizio-ni di veicolo stazionato e

quadro spento. A seguitodell’azionamento dei freni,ma con l’accensione scollega-ta, l’EBS viene comandato permezzo di un interruttore inte-grato nel distributore, Si puòquindi determinare la caratte-ristica inalterata. Se viceversal’accensione rimane inseritadopo la marcia e’ possibilerilevare la caratteristica adat-tata.

Le nuove motrici dotate diEBS presentano una forza difrenatura maggiore rispetto aiveicoli tradizionali. Cio’ none’ dovuto ad una caratteristicapiu’ ripida nella banda EC maad un aumento della pressio-ne di alimentazione per mez-zo dell’introduzione di sistemia pressione costante. In que-sto modo la caratteristicaviene estesa sino alla pressio-ne di 8.5 bar. Tutti i veicoli


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rimorchiabili accoppiati a talitrattori, anche quelli più data-ti, forniscono forze frenantipiu’ elevate poiche’ sono ali-mentati con una pressionecostante di 8.5 bar e nel casodi un azionamento totale delfreno sono disponibili circa 8bar.

Per questa ragione, la sceltadi base, che prevede per iveicoli rimorchiati oggi circo-

lanti un valore del rapportodi frenatura Z nell’intervallo0.55÷0.66 a pm = 6.5 bar puòessere agevolmente mantenu-ta. Inoltre, in linea di princi-pio, non esiste differenza nelcomportamento nel caso diveicoli utilizzanti freni a tam-buro o a disco. La tavola alle-gata illustra ancora una voltale caratteristiche delle variecombinazioni ottenibili.

Per ogni ulteriore appro-

fondimento riguardante il

sistema EBS WABCO per

veicoli rimorchiati potete

rivolgervi presso la Società

WABCO AUTOMOTIVE

ITALIA, al personale del

Processo Sviluppo

Prodotto.


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EBST R A I L E R

Breaking Situation

partial braking range

stability range

max. breaking ratio zsupply 3rd circuit 6.5 bar

partial braking range

stability range

max. breaking ratio zsupply 3rd circuit 8.5 barconstant pressure

Towing Vehicle

conventional

EBS

conventional

-

frequently different response pressures

deferred responseof trailer brake

towing vehicle and trailerapprox. 0.55 ... 0.6

+

adaptation through towingvehicle EBS

improved response of trailer brake


EBS

o

improved adaptation to towingvehicle by setting parameters

improved response of trailerbrake


++

best possiblesynchronization

best possiblesynchronization


Trailer

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Sistema di frenatura controllato elettronicamente EBS...

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