Στο εργοστάσιο της Lucas στο Koblenz
OI ΕΞΕΛΙΞΕΙΣ ΣΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΠΕΔΗΣΗΣ
H εξέλιξη του αυτοκινήτου δεν πηγάζει μόνον από την αυτοκινητοβιομηχανία
αλλά πολλές φορές προέρχεται από τα εργαστήρια εταιριών εξειδικευμένων σε
υποσυστήματα του αυτοκινήτου, όπως το σύστημα πέδησης, ανάρτησης κ.λπ. H
Lucas είναι μία από τις πιο γνωστές εταιρίες κατασκευής συστημάτων πέδησης
και η πρόσφατη επίσκεψή μας στις εγκαταστάσεις της μας έδωσε μια ιδέα για
τις ιδιαιτερότητες του σχεδιασμού και της παραγωγής των φρένων.
του Δημήτρη Αλεξάνδρου
ΓΙΑ ΠΟΛΛΑ χρόνια η βασική απαίτηση από το σύστημα των φρένων ήταν απλά να
επιβραδύνει το αυτοκίνητο στη μικρότερη δυνατή απόσταση. H εξέλιξη των
υλικών τριβής και η παρουσία των δισκόφρενων την έχουν ουσιαστικά
υπερκαλύψει και τώρα πλέον η προσοχή των εργαστηρίων, όπως αυτών της Lucas,
έχει στραφεί σε άλλους τομείς όπως:
- τη μείωση των θορύβων που προέρχεται από τα φρένα
- τη βελτίωση της λειτουργίας τους με τη χρήση ηλεκτρονικών συστημάτων που
επεμβαίνουν στη διαδικασία φρεναρίσματος, όπως το ABS.
- τη χρήση οικολογικών υλικών που δεν επιβαρύνουν το περιβάλλον.
Γύρω από αυτούς τους τομείς περιστράφηκε και η επίσκεψή μας στα εργαστήρια
και στους χώρους παραγωγής της Lucas.
EAS, η εξέλιξη του ABS
H κορυφαία στιγμή στην ιστορία των συστημάτων πέδησης ήταν η παρουσίαση των
δισκόφρενων. Με αυτά καλύφθηκε η βασική απαίτηση, που ήταν η δυνατότητα
ικανοποιητικής επιβράδυνσης του τροχού και από εκεί το πρόβλημα μετατέθηκε
στη βέλτιστη χρήση τους. H επόμενη επανάσταση ήταν η παρουσίαση του ABS, το
οποίο επεμβαίνει στη διαδικασία φρεναρίσματος έτσι ώστε να μην μπλοκάρουν
οι τροχοί στα δυνατά φρεναρίσματα.
Το κέρδος είναι διπλό: από τη μια μειώνεται η απόσταση φρεναρίσματος, μιας
και οι μπλοκαρισμένοι τροχοί απαιτούν μεγαλύτερη απόσταση, ενώ το πιο
σημαντικό είναι ότι ο οδηγός διατηρεί τον έλεγχο του συστήματος διεύθυνσης
και μπορεί να κατευθύνει το αυτοκίνητο, αποφεύγοντας το εμπόδιο.
Με την εξέλιξη των ηλεκτρονικών το ABS έχει περάσει σήμερα ακόμα και στα
φθηνότερα αυτοκίνητα, μάλιστα στις Η.Π.Α. είναι τοποθετημένο σε 1 στα 8
αυτοκίνητα που κυκλοφορούν. Στην Ευρώπη, από το 1996 θα αποτελεί
υποχρεωτικό εξοπλισμό στα φορτηγά με βάρος πάνω από 3,5 τόνους.
Παρόλα αυτά τώρα τελευταία το ABS κατηγορείται για την πρόκληση αρκετών
ατυχημάτων, τα οποία προέρχονται από το γεγονός ότι ο μέσος οδηγός δεν
ξέρει να το χρησιμοποιεί. Πατώντας δυνατά τα φρένα περιμένει το αυτοκίνητο
να «κοκαλώσει», ενώ δεν επιχειρεί να αποφύγει το εμπόδιο, βασική δυνατότητα
που του παρέχει το ABS. Στη χειρότερη περίπτωση ο οδηγός στρίβει απότομα το
τιμόνι και καταλήγει έξω από το δρόμο.
Πριν από αρκετά χρόνια η Lucas πραγματοποίησε μια σειρά πειραμάτων με
οδηγούς που ανήκαν στην κατηγορία του «μέσου οδηγού». Οι δοκιμές
περιελάμβαναν οδήγηση σε δύσκολες καταστάσεις και χρησιμοποιήθηκαν
αυτοκίνητα εκ των οποίων τα μισά ήταν εφοδιασμένα με ABS και τα υπόλοιπα
χωρίς. Αν και το ABS αποδείχθηκε ιδιαίτερα χρήσιμο, το τελικό αποτέλεσμα
έδειξε ότι ένας μεγάλος αριθμός των οδηγών σε κρίσιμες καταστάσεις δεν ήταν
σε θέση να φρενάρουν σωστά ή να κατευθύνουν το αυτοκίνητό τους. Πολλοί
μάλιστα πάτησαν τόσο λίγο τα φρένα που το ABS δεν ενεργοποιήθηκε καθόλου.
Σήμερα η Lucas παρουσιάζει, σε συνεργασία με τη Μερτσέντες, το EAS
(Electronic Actuation System), ένα ηλεκτρονικό σύστημα υποβοήθησης των
φρένων σε αυτοκίνητα που διαθέτουν ABS. O στόχος της προσπάθειας αυτής
είναι να αντιμετωπιστούν τα φρεναρίσματα πανικού στα οποία ο οδηγός δεν
προλαβαίνει να πατήσει αρκετά το πεντάλ του φρένου και τελικά δεν
εκμεταλλεύεται στο μέγιστο τις δυνατότητες των φρένων του. Τα βασικά
εξαρτήματα του Ηλεκτρονικού Συστήματος Διαχείρισης Φρένων είναι οι ειδικοί
αισθητήρες οι οποίοι καταγράφουν την ταχύτητα με την οποία ο οδηγός πατάει
το πεντάλ του φρένου. Στο φρενάρισμα πανικού, όπου το πόδι του οδηγού
πατάει με μεγάλη ταχύτητα το πεντάλ, το σύστημα ενεργοποιείται και αυτόματα
μεγιστοποιεί την πίεση του σέρβο, χωρίς να υπολογίζει τη δύναμη με την
οποία ο οδηγός πατάει το πεντάλ. Με αυτόν τον τρόπο τα φρένα επιβραδύνουν
τους τροχούς κατά το μέγιστο και τελικά ενεργοποιείται και το ABS
φροντίζοντας τελικά για το καλύτερο δυνατό φρενάρισμα.
Παράλληλα με τη λειτουργία του σε φρενάρισμα πανικού, το EAS χρησιμοποιεί
το ηλεκτρονικά ελεγχόμενο σύστημα υποβοήθησης (ηλεκτρονικό σέρβο) για το
σύστημα ελέγχου της πρόσφυσης.
H μελλοντική εξέλιξη του συστήματος θα περιλαμβάνει και άλλες λειτουργίες,
όπως αυτής της συγκράτησης του αυτοκινήτου πάνω σε δρόμο με μεγάλη κλίση.
Στην περίπτωση αυτή το σύστημα θα κρατάει τα φρένα μέχρι οι τροχοί να
αρχίσουν να τραβάνε το αυτοκίνητο προς τα επάνω.
Τέλος το σύστημα θα μπορεί να αντιλαμβάνεται τις μεταβολές του φορτίου και
να ρυθμίζει ανάλογα την πίεση των φρένων, διατηρώντας έτσι σταθερή η δύναμη
που απαιτείται από το πόδι του οδηγού για να φρενάρει το αυτοκίνητο.
Σύμφωνα με το χρονοδιάγραμμα της Μερτσέντες το EAS θα προσφέρεται στην 600
από το 1996.
Τα ήσυχα φρένα
Έχοντας βελτιώσει σημαντικά τη λειτουργία των συστημάτων φρένων τα
τελευταία χρόνια, οι εταιρίες αυτοκινήτων καθώς και αυτές που ειδικεύονται
σε αυτόν τον τομέα έχουν να αντιμετωπίσων ένα νέο αντίπαλο: το θόρυβο που
προέρχεται από τη λειτουργία τους.
H βασική αρχή του συστήματος φρένων, η τριβή δηλαδή μεταξύ των υλικών
τριβής και του δισκόφρενου ή του τύμπανου ανάλογα, είναι και η πηγή του
θορύβου που δημιουργείται. Είναι προφανές λοιπόν ότι ο θόρυβος δεν μπορεί
ποτέ να εξαφανιστεί τελείως, παρά μόνο να μειωθεί με το ταίριασμα των
κατάλληλων τμημάτων.
Οι μηχανικοί της Lucas θεωρούν ότι ο θόρυβος που προέρχεται από τα φρένα
είναι δύο τύπων:
- το σφύριγμα που οφείλεται στο συντονισμό του συστήματος, και
- οι κραδασμοί που προέρχονται από την εξαναγκασμένη ταλάντωση ορισμένων
τμημάτων.
Για την αποτελεσματική αντιμετώπιση του πρώτου φαινομένου απαιτείται η
ανίχνευση των ιδιοσυχνοτήτων του συστήματος, κάτι που μπορεί να γίνει
αναλυτικά και πειραματικά.
H αναλυτική προσέγγιση της εξεύρεσης των ιδιοσυχνοτήτων γίνεται με τη
βοήθεια προγραμμάτων δυναμικής ανάλυσης στον H/Y, όπου γίνεται και η
εξομοίωση της δυναμικής συμπεριφοράς του συστήματος των φρένων. Με βάση τα
στοιχεία που αποκομίζονται από την ανάλυση αυτή δημιουργούνται τα πρωτότυπα
πάνω στα οποία γίνονται τα πειράματα σε εργαστηριακές συνθήκες. Μετά από
δοκιμές και επανασχεδιασμούς δημιουργούνται τα τελικά πρωτότυπα τα οποία
τοποθετούνται πάνω σε αυτοκίνητα και δοκιμάζονται σε πραγματικές συνθήκες.
Μια εναλλακτική πειραματική μέθοδος δυναμικής ανάλυσης ενός συστήματος
δισκόφρενων είναι η χρήση ολογραφίας. Με τη μέθοδο αυτή οι μηχανικοί της
Lucas παίρνουν έγχρωμες απεικονίσεις της ταλάντωσης του συστήματος, στις
οποίες ανάλογα με το χρώμα εμφανίζεται το εύρος της ταλάντωσης του κάθε
τμήματος.
H αντιμετώπιση πάντως του προβλήματος γίνεται με τη διαφοροποίηση των
ιδιοσυχνοτήτων των συνεργαζόμενων τμημάτων, έτσι ώστε να μην συντονίζονται
όλα στην ίδια συχνότητα, με τις κατάλληλες αλλαγές στα γεωμετρικά τους
χαρακτηριστικά.
Παράλληλα, για τη μείωση της ταλάντωσης χρησιμοποιούνται ειδικά υλικά που
λειτουργούν σαν αποσβεστήρες και τοποθετούνται στο πίσω μέρος του τακακιού,
αυτό που έρχεται σε επαφή με τη δαγκάνα. H μέθοδος όμως αυτή δεν είναι
ιδιαίτερα αποτελεσματική, λόγω των υψηλών θερμοκρασιών και πιέσεων που
αναπτύσσονται στα τακάκια.
H αντιμετώπιση των κραδασμών που αναπτύσσονται λόγω της εξαναγκασμένης
ταλάντωσης του συστήματος είναι τελείως διαφορετική μιας και αυτοί
οφείλονται ουσιαστικά στις σημειακές μεταβολές του πάχους της δισκόπλακας.
Οι μεταβολές αυτές δημιουργούνται είτε λόγω της απότομης ψύξης της, (οπότε
η πλάκα ουσιαστικά «στραβώνει») είτε λόγω της ανάπτυξης υψηλών θερμοκρασιών
σε ορισμένα σημεία της, με αποτέλεσμα η διαστολή στα σημεία αυτά να είναι
πολύ μεγαλύτερη και εκεί να διαφοροποιείται το πάχος. H αντιμετώπιση αυτού
του φαινομένου είναι πολύ δύσκολη και επιτυγχάνεται μόνον με τον κατάλληλο
σχεδιασμό της δισκόπλακας και τη χρήση υλικών τριβής που να «ταιριάζουν» με
το υλικό της δισκόπλακας.
Οι επιστήμονες της Lucas πάντως έδειχναν αισιόδοξοι για το μέλλον και
πιστεύουν ότι η έρευνα που προχωρεί αυτήν τη στιγμή σύντομα θα αποδώσει
καρπούς.
Επίλογος
H σύντομη περιήγησή μας στις εγκαταστάσεις της Lucas στο Koblenz και στις
αποθήκες του Neuwied μας έδωσαν μια μικρή ιδέα για τη διαδικασία κατασκευής
και διάθεσης των προϊόντων της εταιρίας. Σύγχρονες και αυτοματοποιημένες σε
ικανοποιητικό βαθμό οι εγκαταστάσεις αυτές σχημάτισαν την εικόνα μιας
δυναμικής εταιρίας, δικαιώνοντας έτσι την εμπιστοσύνη που της δείχνουν οι
αυτοκινητοβιομηχανίες, με τις συνεργασίες τους καθώς και τη θέση της στην
ελεύθερη αγορά _Δ.Α.
Το προφίλ της Lucas
H εταιρία J. Lucas & Sons ιδρύθηκε το 1897 και αρχικά κατασκεύαζε λάμπες
για φανάρια ποδηλάτων. Αργότερα πέρασε στην κατασκευή φρένων,
κατασκευάζοντας στην Αγγλία φρένα για λογαριασμό της Bendix, ενώ το 1932
εξαγόρασε και την εταιρία φρένων Bowden. Με την εξαγορά της New Hudson το
1945, εταιρία η οποία προμήθευε τις πιο γνωστές βρετανικές
αυτοκινητοβιομηχανίες με τα φρένα Girling, δημιουργήθηκε η εταιρία Girling
LTD., μέλος του ομίλου των εταιριών Lucas. Τη δεκαετία του ?50 κατασκεύαζε
τα πρώτα υδραυλικά φρένα για τις Ford, Austin και Triumph, ενώ το 1960
ίδρυσε το πρώτο εργοστάσιο παραγωγής δισκόφρενων στο Bromborough. Το 1960
ιδρύθηκε στη Γερμανία το πρώτο εργοστάσιο παραγωγής ταμπούρων μαζί μ? ένα
νέο εργαστήριο σχεδιασμού. Το 1975 ξεκίνησε η παραγωγή του τύπου δαγκάνας
φρένων «Colette», του πιο επιτυχημένου εμπορικά τύπου δαγκάνας στον κόσμο.
Το 1985 παρουσίασε έναν φθηνό τύπο ABS για το Ford Escort, το SCS, ενώ το
1987 παρουσίασε το πρώτο της ηλεκτρονικό ABS για το Mazda 626.
Σήμερα η εταιρία έχει εργοστάσια σε όλη την Ευρώπη και την Αμερική, ενώ
μοντέλα της κατασκευάζουν, κατόπιν αδείας, και αρκετές εταιρίες στην
Ιαπωνία. Φέτος, ακολουθώντας το ρεύμα των μεγαλύτερων
αυτοκινητοβιομηχανιών, επεκτάθηκε και στην Κίνα, ιδρύοντας ένα νέο
εργοστάσιο κατασκευής φρένων έξω από το Πεκίνο.
Συνεργάζεται με όλες τις ευρωπαϊκές εταιρίες, τις οποίες προμηθεύει με
εξαρτήματα του συστήματος φρένων, όπως δισκόφρενα, ταμπούρα, κυλινδράκια,
αντλίες φρένων και σέρβο, ABS κ.ά. Παράλληλα, μέσω ενός οργανωμένου
δικτύου, προμηθεύει και την ελεύθερη αγορά με ανταλλακτικά των για όλα
σχεδόν τα ευρωπαϊκά μοντέλα, καθώς και για μοντέλα που κατασκευάζονται
εκτός Ευρώπης.
Παράλληλα όμως η εταιρία κατασκευάζει:
- συστήματα τροφοδοσίας καυσίμου για κινητήρες ντίζελ, όπως το ηλεκτρονικά
ελεγχόμενο σύστημα EPIC που χρησιμοποιεί η Mercedes C220 D
- μπαταρίες, μπεκ ψεκασμού, ηλεκτρονικά όργανα ελέγχου, συστήματα
ασφαλείας, καλωδιώσεις κ.λπ.
Στα εργοστάσια της ανά τον κόσμο απασχολεί συνολικά 18.000 εργαζόμενους,
ενώ ο κύκλος εργασιών της τον προηγούμενο χρόνο έφτασε τα 1.800 εκατομμύρια
λίρες Αγγλίας.
Υδραυλικές μονάδες ABS της Lucas για τη Nissan.
Για τη μείωση του θορύβου των φρένων χρησιμοποιούνται ειδικά υλικά που
λειτουργούν σαν αποσβεστήρες και τοποθετούνται στο πίσω μέρος του τακακιού.
Πειραματική συσκευή καταγραφής της ταλάντωσης μιας δισκόπλακας.
Στο αυτοκίνητο της δοκιμής έχουν τοποθετηθεί δύο διαφορετικά συστήματα ABS
δίνοντας τη δυνατότητα στο δοκιμαστή να μελετήσει συγκριτικά τη συμπεριφορά
τους.
Διάταξη συνεχούς λειτουργίας της δισκόπλακας, όπου οι επιστήμονες της
εταιρίας έχουν τη δυνατότητα να μελετήσουν την αντοχή της στο χρόνο.
O αποθηκευτικός χώρος της Lucas.
H παραγωγική διαδικασία ήταν αρκετά αυτοματοποιημένη, αν και σε αρκετά
σημεία η παρέμβαση του ανθρώπινου χεριού ήταν απαραίτητη.
Και μια... καλλιτεχνική πινελιά. Το άγαλμα της φωτογραφίας είναι
κατασκευασμένο από εξαρτήματα συστήματος φρένων και κοσμεί την είσοδο του
εργοστασίου στο Koblenz.
Ηλεκτρονικό σύστημα διαχείρισης φρένων.
1. Ηλεκτρονικό σύστημα υποβοήθησης (σέρβο)
2. Διακόπτης επιλογής όπισθεν
3. Αισθητήρας ταχύτητας περιστροφής τροχού
4. Υδραυλική μονάδα ABS
5. Συμπλέκτης
6. Αισθητήρας κλίσης αμαξώματος
7. Διακόπτης συμπλέκτη
8. Κεντρική ηλεκτρονική μονάδα
9. Σύστημα διαχείρισης κινητήρα
10. Αισθητήρας γωνίας τιμονιού
11. Σήμα ταχύτητας