Biciclete ABS: Universitatea din Panonia dezvoltă un sistem de frânare antiblocare

Am întâlnit evoluții neobișnuite la Departamentul de Mecatronică a Vehiculelor de la Universitatea Panonică din Veszprém în aceste zile. Sub îndrumarea Dr. Dénes Fodor și Ferenc Speiser, universitatea, cu sprijinul Continental Automotive Hungary Kft., Dezvoltă un sistem de frânare antiblocare (ABS) pentru biciclete. Proiectul se desfășoară de ani de zile, au fost scrise mai multe teze de diplomă despre acesta și primele teste au avut loc cu încredere.

Senzorul cu magneți montat pe jantă

În ultimele decenii, s-a pus un accent din ce în ce mai mare pe dezvoltarea sistemelor active și pasive de siguranță a vehiculelor. Dezvoltarea acestor sisteme este extrem de importantă nu numai pentru mașini, ci și pentru motociclete, scutere și biciclete. Cele mai noi modele de mașini și motociclete necesită deja utilizarea unor sisteme de siguranță activă, precum ABS, care previn numeroase accidente [1].

Bicicleta este o construcție mult mai simplă, care nu necesită permis de conducere, deci este ușor accesibilă tuturor. Drept urmare, în ultimii ani, din ce în ce mai mulți oameni îl aleg ca mijloc de transport, rezultând mai multe accidente pe drumuri [2,3]. Leziunile suferite în aceste accidente ar putea fi, în multe cazuri, prevenite prin utilizarea dispozitivelor de siguranță (căști, cotiere, genunchiere) [4].

Găurile din discul de frână pot fi folosite și ca sursă de semnal pentru senzori

Cu toate acestea, îmbrăcămintea de protecție purtată de oameni nu numai că poate oferi o protecție adecvată, dar bicicleta însăși trebuie transformată într-un sistem de siguranță care protejează persoana care stă pe ea în caz de accident. Din acest motiv, Facultatea de Inginerie a Universității din Panonia din Veszprém a lansat un proiect pentru studierea dinamicii de conducere a unei biciclete [5,6,7,8]. În cadrul proiectului, un prototip de bicicletă care utilizează un sistem hidraulic de frânare antiblocare a fost dezvoltat cu succes de personalul Laboratorului de Tehnologie a Sistemului Vehiculelor din departament pentru a evita accidentele.

Prototip

Pentru a testa funcționarea sistemului antiblocare, a fost selectată o bicicletă Specialized Stumpjumper FSR Comp, care se bazează pe un cadru telescopic total bine echilibrat. Duritatea și amortizarea telescoapelor pot fi ajustate la greutatea bicicletei și a terenului. Bicicleta are un sistem de frânare hidraulică Avid Elixir R SL.

Pentru a implementa prototipul echipat cu sistemul de frânare antiblocare (Figura 1), au fost necesare mai multe dispozitive, care au fost montate în diferite puncte ale bicicletei. Pentru a modula presiunea în circuitele de frână de pe șasiu, în portbagaj au fost amplasate o unitate de comandă hidraulică și electronică (HECU) și un mic computer personal (SBC) pentru controlul acesteia. Această cutie conține, de asemenea, bateria care alimentează computerul. Cutia de depozitare din spatele bicicletei arată la prima vedere ca o unitate uriașă, dar trebuie remarcat faptul că acest lucru este atât de mare pentru prototip. Dacă este necesar, poate fi micșorat la o fracțiune a unității, astfel încât, pe lângă dimensiunea sa, greutatea sa poate fi, de asemenea, redusă foarte mult.

Unitatea centrală a sistemului se află în „portbagaj”

De asemenea, este important să utilizați un convertor analog/digital (A/D) care oferă informații despre diferitele valori ale presiunii din sistemul de frânare. Dispozitivele listate comunică între ele printr-un protocol de comunicație serial CAN, care este adesea utilizat în industria auto. Viteza roților și presiunea în circuitele de frână sunt măsurate de senzori special concepuți în acest scop.

Figura 1: Prototip de bicicletă

Integrarea și instalarea corectă a dispozitivelor de mai sus nu sunt suficiente pentru a proteja în mod adecvat persoana care merge cu bicicleta. Pentru a oferi protecție, a fost dezvoltat un algoritm unic de control ABS (Figura 2) care poate decide dacă roata se blochează sau nu numai folosind valorile vitezei roții.

Figura 2: Părți ale procesului de reglementare

În circuitul de control prezentat în Figura 2, are loc mai întâi reducerea zgomotului semnalului de viteză, care este necesar datorită autenticității și acurateței algoritmului. La frânare, algoritmul determină cantitatea de decelerare considerată ideală pentru factorul de aderență (între anvelopa bicicletei și sol) pe baza semnalului de viteză recepționat și decide în ce stare ar trebui să se afle HECU (întreținerea presiunii de frânare, reducerea, creșterea ) pentru ca sistemul să funcționeze corect. Odată determinată starea necesară, presiunea de frânare poate fi modulată prin intermediul supapelor.

Bicicleta și astfel algoritmul completat au fost testate atât în condiții de simulare, cât și în condiții reale. Figura 3 prezintă rezultatele unei manevre de frânare de urgență de la aproximativ 17 km/h, în care se poate observa că roțile bicicletei au fost blocate în timpul frânării. ABS a încercat să mențină manevrabilitatea prin modularea presiunii (curbă mov) astfel încât roțile să poată roti liber.

Figura 3: Rezultatul testării algoritmului de control

După o vizită la universitate, sa dovedit că și un investitor francez era interesat de prototipul finalizat, care și-a indicat intenția de a coopera cu universitatea. În timp ce majoritatea oamenilor și-ar imagina un prototip de bicicletă pentru uz urban, un investitor ar viza domeniul sportului competitiv cu un sistem de siguranță.

Alte soluții ABS au fost discutate la introducerea sistemului, deși, pentru moment, mai multe informații sunt disponibile numai cu privire la versiunile adecvate pentru sistemele de frânare Bowden. O astfel de construcție este SABS, care se află la sabotul de frână al jantei și împiedică alunecarea roții prin mișcarea sabotului de frână atunci când janta este blocată.

O altă soluție bine cunoscută și rentabilă este modulul de putere Shimano. Este alcătuit dintr-o unitate cu arc care poate fi introdusă în carcasa bowden, care este comprimată prin frânare, astfel încât sistemul să nu permită forța de frânare aplicată de saboții de frână pentru blocarea roților. (Ca rezultat, oferă o senzație ușor lipicioasă la frânare, similar cu utilizarea unei manete de frână exterioare sau de plastic Bowden de calitate slabă.)

Merită să ne gândim la cât de mult a evoluat tehnica în ultima vreme. Acum câțiva ani, întrerupătorul electric sau blocajul telescopic erau încă necunoscute, iar acum avem o altă unitate electrică în jurul gâtului care ne servește siguranța. Suntem curioși să vedem cât spațiu puteți câștiga și în ce segment de ciclism vă veți găsi locul.