hogeschool rotterdam instituut voor engineering and ... · pdf fileals toepassing van het...
Post on 04-Mar-2018
221 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 1/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
Hogeschool Rotterdam
Instituut voor Engineering and Applied Science
Studierichting Autotechniek
Reader Ontwerpen Remsystemen
Auteur: Roeland M.M. Hogt
Versie 2.03, gereed
8 september 2008
Voortgang: versie studiejaar 2008-2009
© 2008, Hogeschool Rotterdam
Alle rechten voorbehouden. Niets van deze uitgave mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in een
geautomatiseerd gegevensbestand, of openbaar gemaakt, in enige vorm of enige wijze, hetzij elektronisch,
mechanisch, door fotokopieën, opnamen, of op enige andere manier, zonder voorafgaande schriftelijke
toestemming van de Hogeschool Rotterdam
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 2/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
Inhoudsopgave
1 INLEIDING ......................................................................................................................................... 4
1.1 ALGEMEEN ................................................................................................................................... 4 1.2 OPBOUW VAN DIT DOCUMENT ...................................................................................................... 4 1.3 RELATIE MET ANDERE DOCUMENTEN ........................................................................................... 4
2 INLEIDING REMSYSTEMEN ......................................................................................................... 5
2.1 OPBOUW REMSYSTEEM ................................................................................................................ 6 2.2 DE BEDIENINGSEENHEID .............................................................................................................. 7 2.3 DE TRANSMISSIE-EENHEID ........................................................................................................... 8
2.3.1 De hoofdremcilinder ............................................................................................................... 8 2.3.2 De rembekrachtiger ...............................................................................................................11 2.3.3 De remdrukregelaar ..............................................................................................................11 2.3.4 De ABS (Anti Blokkeer Systeem) module ...............................................................................13 2.3.5 De ESP (Electronisch Stabiliteits Programma) module ........................................................13
2.4 REMEENHEID ...............................................................................................................................14 2.4.1 Trommelremmen ....................................................................................................................14 2.4.2 Schijfremmen .........................................................................................................................16
3 ONTWERPEN REMSYSTEMEN ALS DEEL COMPLETE VOERTUIGONTWERP ............17
3.1 RELATIE MET AANDRIJVING ........................................................................................................17 3.2 RELATIE MET ACTIEVE VEILIGHEID .............................................................................................17 3.3 RELATIE MET WIELOPHANGING ...................................................................................................17
4 METHODISCH ONTWERPEN VAN REMSYSTEMEN .............................................................18
4.1 OPSTELLEN PROGRAMMA VAN EISEN: FUNCTIE EN RANDVOORWAARDEN BIJ FUNCTIE ...............18 4.2 HET SAMENSTELLEN VAN DE SYSTEEMSTRUCTUUR.....................................................................25 4.3 HET SAMENSTELLEN VAN HET SYSTEEMONTWERP, VORMGEVING ...............................................26 4.4 HET BEPALEN VAN DE SYSTEEMDIMENSIES: DIMENSIONEREN EN SIMULEREN ............................28 4.5 HET ONTWERPEN VAN HET SYSTEEM VOOR PRODUKTIE, CONSTRUEREN .....................................32
5 ONTWERPEN, DIMENSIONEREN EN CONSTRUEREN VAN REMSYSTEMEN ...............34
5.1 DIMENSIONEREN .........................................................................................................................34 5.1.1 Remkracht en remkrachtverdeling .........................................................................................34
5.1.1.1 Het tijdsdiagram van een noodstop ............................................................................................ 35 5.1.1.2 Krachten tussen band en wegdek .............................................................................................. 37
5.1.1.2.1 longitudinale slip: bandkarakteristiek ................................................................................... 37 5.1.1.2.2 laterale slip: bandkarakteristiek ............................................................................................ 39 5.1.1.2.3 Gecombineerde slip: bandkarakteristiek ............................................................................... 41 5.1.1.2.4 Samengestelde bandkarakteristiek ........................................................................................ 42 5.1.1.2.5 Richtwaarden voor de wrijvingscoefficient .......................................................................... 44
5.1.1.3 Remkrachtverdeling ................................................................................................................... 46 5.1.1.4 Richtlijnen voor het dimensioneren van de remmen .................................................................. 54
5.1.2 Remeenheden .........................................................................................................................55 5.1.2.1 Basisvergelijkingen wrijvingskoppeling .................................................................................... 58 5.1.2.2 Schijfrem .................................................................................................................................... 58 5.1.2.3 Trommelrem .............................................................................................................................. 63
5.1.2.3.1 Basisvergelijkingen inwendige overbrengingsverhouding .................................................... 64 5.1.2.3.2 Toepassing inwendige overbrengingsverhouding ................................................................. 68
5.1.2.3.2.1 Simplex rem ................................................................................................................... 68 5.1.2.3.2.2 Duplex rem ..................................................................................................................... 68 5.1.2.3.2.3 Servorem ........................................................................................................................ 69
5.1.2.3.3 Nadere detaillering inwendige overbrengingsverhouding ..................................................... 69 5.1.2.4 Retarders .................................................................................................................................... 72
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 3/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
5.1.2.4.1 Hydrodynamische retarders .................................................................................................. 72 5.1.2.4.2 Elektrische retarders ............................................................................................................. 74 5.1.2.4.3 Motorrem .............................................................................................................................. 74
5.1.3 Transmissie eenheid ..............................................................................................................77 5.1.3.1 Hydraulische transmissie ........................................................................................................... 78
5.1.3.1.1 Basisprincipes cilinders ........................................................................................................ 79 5.1.3.1.2 Kenmerken hydraulische remsystemen ................................................................................. 86
5.1.3.2 Mechanische transmissie ............................................................................................................ 88 5.1.3.3 Pneumatische en pneumatisch/hydraulische transmissie ............................................................ 89
5.1.3.3.1 Principes ............................................................................................................................... 89 5.1.3.3.2 Indeling reminstallaties ......................................................................................................... 94 5.1.3.3.3 Beschrijving van installaties ................................................................................................. 99
5.1.3.3.3.1 Eenkrings-, hulpkracht-, luchtdrukreminstallaties (Iage druk) met mechanische
blokkeerrem 102 5.1.3.3.3.2 Tweekrings-, vreemdekracht-, luchtdrukreminstallaties (Iage druk) met mechanische
blokkeerrem 104 5.1.3.3.3.3 Tweekrings-, vreemdekracht-, luchtdrukreminstallaties (Iage druk) met luchtvering,
pneumatische deurbediening en blokkeerrem zonder stangen ............................................................ 106 5.1.3.3.3.4 Tweekrings-, tweeleiding-, vreemde-kracht-, luchtdrukrem installaties (Iage druk) voor
aanhangerbedrijf met blokkeerrem zonder stangen ............................................................................ 109 5.1.3.4 Elektro-mechanische en elektro-hydraulische transmissie ....................................................... 111 5.1.3.5 Regelsystemen ......................................................................................................................... 115
5.1.4 Bediening .............................................................................................................................116 5.1.4.1 Pedaal ....................................................................................................................................... 116 5.1.4.2 Handrem................................................................................................................................... 119
5.2 CONSTRUEREN ..........................................................................................................................120
6 NIEUWE ONTWIKKELINGEN ...................................................................................................121
7 REFERENTIES ...............................................................................................................................123
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 4/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
1 Inleiding
1.1 Algemeen
Het versnellen en vertragen van voertuigen wordt in diverse modules in de opleiding
behandeld.
Het ontwerp van remsystemen is als casus opgenomen in de module Voertuigontwerpen
als toepassing van het methodisch ontwerpen. Studenten leren dan vooral hoe vanuit een
vraagstelling een technisch produkt kan worden gerealiseerd.
Achtereenvolgens schrijven studenten een plan van aanpak, een programma van eisen en
stellen ze morfologische schema’s samen. Van daaruit worden structuren bepaald en
geselecteerd om te worden verwerkt in de vormgeving van het systeem.
Vanuit de systeembeschrijving volgen dimensioneren en simuleren en als laatste het
construeren.
Deze reader stelt uit een scala van bronnen de benodigde achtergrond informatie samen.
1.2 Opbouw van dit document
Als eerste wordt in hoofdstuk 2 kort ingegaan op de werking van remsystemen in
voertuigen. Met nadruk geen details, maar het algemene begrip is van belang.
Vervolgens positioneren we in hoofdstuk 3 deze reader in relatie tot andere modules, met
name andrijving, actieve veiligheid en wielophanging.
In hoofdstuk 5 worden details van het ontwerpen van remsystemen behandeld, met name
voor het dimensioneren van componenten. Voorafgaand daaraan wordt de methodisch
benadering beschreven in hoofdstuk 4.
Hoofdstuk 6 tenslotte gaat in op de nieuwe ontwikkelingen.
1.3 Relatie met andere documenten
Hoofdstuk 7 bevat een grote lijst met referenties, hetgeen aangeeft dat document meer is
ter structurering dan ter detaillering van de materie.
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 5/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
2 Inleiding remsystemen
Bij remmen wordt de kinetische energie van een voertuig omgezet in een andere vorm
van energie. We maken in dit kader onderscheid tussen energiedissipatie en
energieregeneratie:
Energiedissipatie in:
o Mechanische wrijving;
Wrijving in de motor;
Wrijving in de remmen.
o Vloeistofwrijving;
Wrijving in een koppelomvormer;
Wrijving in een retarder.
o Luchtwrijving/weerstand;
verhogen luchtweerstand voertuig.
o Elektrische warmte.
door middel van electrische weerstand.
Energieregeneratie naar:
o mechanische energie;
door middel van een vliegwiel.
o vloeistofdruk;
door middel van een vloeistofaccumulator.
o luchtdruk;
door middel van een luchtaccumulator.
o elektrische energie.
door middel van accu’s of condensatoren.
Idealiter wil men alle energie bij remmen opvangen en weer gebruiken (regenereren).
Tot recentelijk was dat niet mogelijk omdat regeneratie een niet conventionele
aandrijflijn vraagt. Met de stroom aan nieuwe ontwikkelingen ten gevolge van de
opkomende hybridisering en elektrificering van de aandrijflijn groeit ook het aantal
regenerende remsystemen.
Er zijn hierin twee typen prominent: de energieregeneratie naar elektrische energie en de
energieregeneratie naar mechanische energie.
De eerste wordt gerealiseerd door de aandrijven elektromotor elektrisch om te schakelen
naar generator. Het vermogen dat men kan regenereren komt overeen met het vermogen
om aan te drijven.. In de praktijk dus geldt dat er nooit meer vermogen gedissipeerd
wordt als voor de aandrijving beschikbaar is: gebruikt men een elektrische aandrijving is
de trekkracht bij een gegeven snelheid x N, dan zal dat (bij gelijkblijvend vermogen) ook
de begrenzing zijn van de remkracht
Bij een noodstop op een droge weg kan, bij personenauto’s met normale banden, tot 1 g
(9,8 m/s2) gehaald worden. Omdat het remmend vermogen bij grote remvertragingen
groter is dan het vermogen dat doorgaans aanwezig is om aan te drijven worden
regeneratieve remmen altijd gecombineerd met mechanische (dissiperende) remmen.
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 6/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
De nieuwe generatie elektromotoren voor aandrijving zijn echter gedimensioneerd op het
piekvermogen om te kunnen regenereren. Concreet kan men hier voor het grootste deel
van de situaties alle kinetische energie regeneren waardoor het energieverbuik dramatisch
daalt, uiteraard met name bij stadscycli.
Mechanische regeneratie vindt plaats in een vliegwiel. De kinetische energie wordt hier
bepaald door de massa vanhet vliegwiel en de rotatiesnelheid. Juist hier zijn er
mogelijkheden in combinatie met een slimme CVT (Torotrac).
Vanaf 2009 zullen verschillende vormen van regeneratie in het zogenaamde KERS
(Kinetic Energy Recovery System) systeem hun intrede doen in de Formule 1.
Het KERS met vliegwiel lijkt op qua principe op de Zero inertia CVT (met de VDT-
Bosch duwband).
Deze nieuwe ontwikkelingen zijn deel van de casus bij de module VTO01 en komen later
in deze reader ook nog terug.
De praktijk is dat ieder wegvoertuig nu nog gebruik maakt van energiedissiperende
remmen. Bij de wielremmen zijn dat wrijvingsremmen.
Hydraulische en electrische dissipatie vindt plaats in retarders bij vrachtwagens.
Luchtwrijving wordt bij voertuigen niet gerealiseerd alhoewel iedere (motor)fietser
rechtop gaat zitten om voor een bocht te remmen. Luchtwrijving treedt overigens ook op
bij een motorrem zoals deze bij vrachtwagens en bussen toegepast wordt/is.
In dit hoofdstuk beperken we ons tot de mechanische remmen en maken hierbij
onderscheid tussen de twee typen die bij voertuigen toegepast worden:
De trommelrem;
De schijfrem.
In de volgende paragrafen volgt een nadere uitwerking. Waarbij eerst de opbouw van het
remsysteem en vervolgens de uitvoeringen van de rem besproken worden.
2.1 Opbouw remsysteem
Het remsysteem bestaat uit (zie Figuur 2.1):
een bedieningseenheid, met als functie:
o Aansturen van de gewenste remvertraging
o Bediening met hand of voet
een transmissie-eenheid, met als functie:
o omzetten van de bedieningsopdracht in een rem-aandrukkracht bij de
individuele remmen
o zorgdragen voor een robuuste werking (fail safe)
o additionele regeling van de remdruk
een remeenheid, met als functie
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 7/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
o het omzetten van de remaandrukkracht naar een remkoppel
Naast de hier behandelde conventionele remsystemen zijn andere systemen ontwikkeld:
Een electrische/hydraulische/electrohydraulische verbinding tussen pedaal en
transmissie-eenheid;
Een electrische actuator voor de rem-aandrukkracht bij de schijf of trommelrem.
Deze blijven bij deze inleiding buiten beschouwing.
2.2 De bedieningseenheid
De bedieningseenheid bestaat bij personenauto’s normaalgesproken uit een pedaal
(voetrem) en een handrem. Bij motorfietsen wordt zowel handbediening (voor) als
voetbediening (achter) toegepast.
Om verwarring te voorkomen beperken we ons hier tot personenauto’s.
Vanaf het rempedaal loopt een mechanische verbinding naar het hart van de transmissie-
eenheid: de hoofdremcilinder. De handrem is door middel van een zuiver mechanische
verbinding (remkabel) verbonden met voor- of achteras.
Figuur 2.1: De opbouw van een remsysteem [ 3]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 8/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
2.3 De transmissie-eenheid
Bij een hydraulisch remsysteem bestaat uit de transmissieeenheid uit:
Een hoofdremcilinder;
Eventueel een rembekrachtiger;
Eventueel een remdrukregelaar;
Eventueel een ABS module;
Eventueel een ESP module.
NB: deze componenten zijn, vanwege hun functie, op verschillende plaatsen in de auto
gemonteerd
2.3.1 De hoofdremcilinder
De hoofdremcilinder bestaat in de basis uit een reservoir, een cilinder en een zuiger. De
verplaatsing van de zuiger wordt direct gestuurd vanaf het rempedaal. Bij de verplaatsing
van de zuiger verplaatst zich vloeistof en wordt aldus remdruk opgebouwd.
De grootte van de remdruk wordt bepaald door:
De verplaasting van de zuiger
De elasticiteit in het systeem
De verhouding tussen pedaalkracht en aandrukkracht wordt verkregen uit de verhouding
van de zuigerdiameter in de hoofdremcilinder en de zuiger(s)/plunjer(s)diameter in de
remmen zelf.
Het remsysteem is altijd dubbel uitgevoerd: mocht bij één van de circuits de druk
wegvallen kan altijd nog geremd worden met het andere circuit.
De hoofdremcilinder bevat daarom twee zuigers die twee onafhankelijke hydraulische
circuits voeden. De drukstang brengt de primaire zuiger in beweging. De beweging van
de primaire zuiger genereert een druk in het primaire hydraulische circuit.
De hydraulische druk in het primaire circuit zet de secundaire zuiger in beweging. De
beweging van de secundaire zuiger genereert een druk in het secundaire hydraulische
circuit. Wanneer het rempedaal niet meer wordt ingetrapt, duwen de veren de zuigers
terug.
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 9/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
Voorbeeld lekkage primaire circuit
Zie Figuur 2.2. De drukstang brengt de primaire zuiger in beweging. Door het lek kan de
druk in het primaire circuit niet stijgen. De primaire zuiger komt tegen de secundaire
zuiger aan. De secundaire zuiger komt in beweging. De beweging van de secundaire
zuiger genereert een druk in het secundaire hydraulische circuit.
Het principe is identiek in het geval van een lek in het secundaire circuit.
Figuur 2.2: Werking in het geval van een lek in het primaire circuit [ 20]
Figuur 2.1: De elemeneten van een hoofdremcilinder: een drukstang (1), een primaire
zuiger (2), een secundaire zuiger (4), remcups (3) en het remvloeistofreservoir (5).
[ 20]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 10/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
Deze scheiding is doorgaans als volgt:
Circuit 1: linksvoor-rechtsachter;
Circuit 2: rechtsvoor-linksachter.
Andere uitvoeringen zijn uiteraard ook mogelijk. Voorbeelden van gescheiden circuits
zijn gegeven in Figuur 2.3.
Figuur 2.3: Gescheiden remcircuits [ 20]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 11/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
2.3.2 De rembekrachtiger
De pedaalkracht kan ondersteund worden door een rembekrachtiger. Een rembekrachtiger
bestaat uit een rond membraan dat aan een kant verbonden is met het inlaatspruitstuk van
de motor. De onderdruk bepaalt hiermee de versterking van de pedaalkracht.
De onderdruk kan ook verkregen worden door een vacuuum pomp.
Er worden (bijvoorbeeld door Citroën) ook hydraulische rembekrachtigers toegepast.
2.3.3 De remdrukregelaar
Bij remmen zal de achteras ontlast worden. Bij een gelijkblijvende remdruk zal de
achteras (te snel) blokkeren. Blokkeren is niet goed voor de banden, de remvertraging en
de stabiliteit van het voertuig en moet dus voorkomen worden. Hiervoor dient een
remdrukregelaar. De remdrukregelaar wordt aangestuurd vanuit de invering van de
achteras. Indien de achteras zwaar belast is zal een hogere druk worden doorgelaten.
Figuur 2.2: De conventionele rembekrachtiging met onderdruk vanuit het inlaatspruitstuk [ 3]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 12/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
Figuur 2.4: Werking remdrukregelaar op de achteras [ 20]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 13/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
2.3.4 De ABS (Anti Blokkeer Systeem) module
Zoals bij het vorige punt al is gemeld: het blokkeren van wielen moet zo veel mogelijk
voorkomen worden. Vanuit het oogpunt van voertuigstabiliteit is een remsysteem is zo
ontworpen dat de vooras iets eerder blokkeert dan de achteras. Bij eerder blokkeren van
de achteras zou immers een labiele situatie ontstaan doordat de laterale stabiliteit vervalt
waardoor het voertuig eenvoudig in een laterale slip kan komen.
Daarnaast is het zo dat de remkracht die men, met name op een natte weg met een
blokkerend wiel kan overbrengen veel kleiner is dan de remkracht die men kan kan
overbrengen indien men optimaal remt (zie dictaat ‘Aandrijvingen’ figuur 5.77)
Om die reden wordt ABS toegepast. De ABS module regelt de remdruk en kan op
verschillende manieren aangestuurd worden:
Door middel van een schatting van de wielslip;
Door middel van een registratie van de hoekversnelling van het wiel.
2.3.5 De ESP (Electronisch Stabiliteits Programma) module
De ESP heeft tot doel om extreme over- en onderstuurreacties van het voertuig te
onderdrukken door differentieel te remmen. Hiertoe wordt ieder wiel apart aangestuurd.
De bestuurder heeft geen inspraak in de regeling van de ESP module. Deze module moet
dus ook haar eigen voorziening hebben om remdruk per rem op te kunnen bouwen.
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 14/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
2.4 Remeenheid
2.4.1 Trommelremmen
Een trommelrem bestaat uit een trommel met daarin twee remschoenen die tegen de
binnenzijde van de trommel aangedrukt worden. Vanuit deze normaalkracht ontstaat de
wrijvingskracht en het remmoment op de wielen. De remschoenen zijn bevestigd aan de
ankerplaat en draaien dus niet mee.
De volgende uitvoeringen zijn gebruikelijk:
Simplex-rem, zie Figuur 2.3.
Hierbij zijn de remschoenen aan één zijde scharnierend bevestigd op de
ankerplaat en aan de andere zijde aan de wielremcilinder. De wielremcilinder
druk beiden helften uit elkaar waardoor de normaalkracht ontstaat. Eén
remschoen zal ‘oplopen’ in de trommel en zichzelf bekrachtigen (er onstaat een
grotere normaalkracht) en de andere zal juist aflopen (er onstaat een kleinere
normaalkracht).
Tussen beide remschoenen bevinden zich veren zodat de rem gelost wordt bij het
verlagen van de remdruk.
Duplex-rem, zie Figuur 2.4.
Hier zijn er remcilinders aan de boven en onderzijde geplaatst zodat beide
remschoenen zelfbekrachtigend zijn.
Duoservo-rem, zie Figuur 2.5.
Bij de duoservo-rem wordt één remcilinder gebruikt die de remschoenen aan de
bovenzijde uit elkaar drukt. Door het oplopen van één remschoen (de linker in het
plaatje) zal deze in draairichting meebewegen en daarmee de rechter remschoen
aandrukken. Beide remschoenen zijn daarmee zelfbekrachtigend.
Trommelremmen zijn in het algemeen zelfstellend uitgevoerd.
Figuur 2.3: De Simplex-rem [ 3]
Oplopende
remschoen
Aflopende
remschoen
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 15/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
Figuur 2.4: De Duplex-rem [ 3]
Figuur 2.5: De Duoservo-rem [ 3]
Beide remschoenen zijn oplopend, dus
zelf bekrachtigend
Beide remschoenen zijn oplopend dus
zelfbekrachtigend
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 16/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
2.4.2 Schijfremmen
Een schijfrem bestaat uit een remschijf en stilstaande remklauwen. De remschijf kan
massief zijn of voorzien zijn van ventilatiesleuven De remklauw kan:
vast zijn: axiaal gefixeerd en twee individueel werkende zuigers;
zwevend: axiaal verplaatsbaar en aan één zijde een zuiger.
Figuur 2.6 geeft beide uitvoeringen weer.
Figuur 2.6: Vaste en zwevende remklauw [ 3]
Vaste remklauw Zwevende remklauw
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 17/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
3 Ontwerpen remsystemen als deel complete voertuigontwerp
Het spreekt voor zich dat het remsysteem een integraal onderdeel is van het complete
voertuig. Kunnen bij de conventionele remsystemen waarbij energie wordt gedissipeerd
acceleratie en deceleratie gescheiden worden benaderd; bij hybride aandrijflijnen en
anderzins regeneratieve systemen is dat zeker niet het geval. Hier geldt de integrale
benadering als uitgangspunt.
Dit hoofdstuk geeft kort de relatie aan tussen het ontwerpen van remsystemen en de
kennisgebieden, aandrijving, actieve veiligheid en wielophanging.
Hiermee kan men de bestaande kennis koppelen aan de theorie van deze reader.
3.1 Relatie met aandrijving
De voertuigprestaties in de zin van maximale snelheid in combinatie met de
voertuigmassa bepalen de kinetische energie van het voertuig en zijn de basis voor en de
totale remkracht en de te dissiperen remenergie.
Verder:
- De vergelijkingen voor gewichtsoverzetting en stabiliteit gelden ook ook voor remmen
- De dimensionering van
o de schijfrem en de wrijvingskoppeling en
o de vloeistofkoppeling en de hydrodynamische retarder
geschieden volgens dezelfde fysische principes
- Regeneratief remmen is een integraal onderdeel van de nieuwe generatie aandrijflijnen
(elektrisch, hybrid, brandstofcel)
3.2 Relatie met actieve veiligheid
De berekeningen met betrekking tot de remkracht en remkrachtverdeling zijn het
startpunt voor de dimensionering van remsystemen.
Daarnaast vergroten wielslipregelende systemen (ABS, ASR, ESP) de laterale
voertuigstabiliteit.
3.3 Relatie met wielophanging
De relatie wordt hier gevormd door de technische packaging (dus de beschikbare ruimte)
en de onafgeveerde massa (de effecten op band-wegdekcontact en comfort)
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 18/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
4 Methodisch ontwerpen van remsystemen
Methodisch ontwerpen zoals dat in [ 6] wordt behandeld is een generieke methode voor
het ontwerp technische produkten.
In dit hoofdstuk wordt het ontwerpen van remsystemen vanuit het methodisch ontwerpen
behandeld.
De volgende stappen worden hierbij doorlopen:
Het opstellen van een programma van eisen, zie paragraaf 4.1;
Het samenstellen van de systeemstructuur, zie paragraaf 4.2;
Het samenstellen van het systeemontwerp, vormgeving, zie paragraaf 4.3;
Het bepalen van de systeemdimensies, dimensioneren en simuleren, zie paragraaf
4.4;
Het ontwerpen van het systeem voor produktie, construeren, zie paragraaf 4.5;
4.1 Opstellen programma van eisen: Functie en randvoorwaarden bij functie
In het programma van eisen zijn van belang de functies en de randvoorwaarden bij de
functies.
De functies zijn hierachisch opgebouwd en bestaan uit de hoofd- en subfuncties. Het
opsplitsen in hoofd en subfuncties noemt men de functionele decompositie.
Functies: denk hier in functies (taken),
voertuigniveau
o vertragen
o energie dissiperen
Bij regeneratieve systemen
o versnellen
o energie opslaan
o opgeslagen energie hergebruiken
o etc..
bestuurder/regeling
o remcommando ontvangen
o remcommando verwerken (doorgeven)
o remcommando toepassen
o Stabiliteitregeling voertuig
De lijst met functies is de basis voor opstellen van het functie-werkwijze diagram of
morfologisch schema. Zie volgende paragraaf. Vanuit dit diagram worden combinaties
van werkwijzen samengesteld. Zo’n combinatie van werkwijzen noemen we een
structuur.
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 19/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
Welke structuren geschikt zijn wordt bepaald aan de randvoorwaarden bij de functies.
Randvoorwaarden bij functies
Randvoorwaarden bij de functies worden gesteld vanuit de balanghebbenden. Formeel
zijn deze in te delen in
Consumenten
Producenten
Overheden
Ieder subsysteem van een voertuig wordt door de ogen van deze belanghebbenden
beoordeeld. Samen bepaalt dit de marktwaarde van het produkt en, indien het een nieuwe
ontwikkeling betreft, de toegevoegde waarde ten opzicht van bestaande systemen.
Vanuit de producent/ondernemening bezien zijn de doelstellingen voor lange termijn
bepaald in het strategische marketingsproces. Hierin bepaalt men vanuit een eigen visie
en de belangrijkste ontwikkelingen in de markt de doelstellingen voor de langetermijn.
Zie Figuur 4.1
De identiteit van de onderneming en de wensen van de klanten van de onderneming zijn
in grote mate bepalend voor de eisen die men stelt aan produkten en produktvernieuwing
en eventueel aangepaste marketingstrategie. Zie Figuur 4.2
Eén van de meest succesvolle marketingstrategieën is ongetwijfeld de introductie
van de hybride aandrijflijnen door Toyota. Als eerste heeft de onderneming een
sterke langetermijn visie ontwikkeld toen omstreeks 1990 besloten werd tot de
ontwikkeling van de hybride aandrijving. Na de eerste versie van het Toyota
Hybrid System in de Prius I in 1997 volgt omstreeks 2004 de Prius twee met het
THSII.
De tweede Prius is duidelijk voor een breder publiek bedoeld dan de eerste Prius.
Figuur 4.1: Onderdelen van de visie van een onderneming [ 25]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 20/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
Gesteund door de mondiale ontwikkelingen en het draagvlak voor zuinige auto’s
is het marktaandeel van de Prius zeer snel gestegen. De verwachting is dat deze
ontwikkeling in de Prius III verder doorgaat.
Daarnaast heeft men vanuit de technologie van de Prius ook applicaties
ontwikkeld voor het high-performance merk Lexus.
De merkpositionering werkt als filter in het ontwerpproces. Zie Figuur 4.3
Tenslotte is van belang te onderkennen welke waardestrategie de onderneming
vertegenwoordigt. Gaat men voor product leadership, operational excellence of customer
intimacy of voor een combinatie hiervan. Zie Figuur 4.4
Figuur 4.3: Merkpositionering als sturingsmechanisme in de onderneming [ 25]
Figuur 4.2: Positionering als balans van klant en merk [ 25]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 21/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
Kortom, voor een ontwerpproces start moeten het programma van eisen vaststellen vanuit
de belanghebbenden worden opgesteld.
Een lijst zou er als volgt uit kunnen zien
Consument
o Voertuigprestaties
o Energieregeneratie, reductie brandstofverbruik
o Veiligheid
Remvertraging
Voertuigstabiliteit
Bedrijfszekerheid
o Bediening
Bedieningskracht
Doseerbaarheid
o Kostprijs
o Onderhoudskosten
Producent
o Kostprijs
onderdelen, fabricageproces
assemblage
o Massa
o Inbouwruimte
o Betrouwbaarheid van de technologie (Technology Readiness Level)
Overheid (regelgeving)
o Veiligheid
o Milieubelasting
o Energieregeneratie, reductie brandstofverbruik
Etc…
Eisen moeten altijd specifiek, dus toetsbaar, zijn.
Figuur 4.4: Waardestrategieën [ 25]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 22/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
Voorbeeld
Regeneratie van vrijgekomen energie tijdens het remproces, om zo de
beschikbare energie maximaal te benutten ter bevordering van het prestatie
van de kart.
Moet zijn:
Regeneratie van vrijgekomen energie tijdens het remproces tot een maximale
vertraging van .. m/s2,
Het rendement van de regeneratie ….%
Energieopslag ter waarde van .. kJ
Uit de complete lijst worden deellijsten samengesteld voor
Het selecteren van de juiste structuur (concept idea)
Het gaat hierom eisen die de haalbaarheid kwantificeren. Denk aan eisen als
kostprijs, grootte (dus plaatsbaarheid in het voertuig), de haalbaarheid van de
technologie en veiligheid.
Het dimensioneren van het remsysteem (concept definition)
Het gaat hier om eisen die de prestaties kwantificeren, zoals remvertraging,
bedieningskracht.
Het construeren van het remsysteem (principle solutions)
Het gaat hier om eisen die detaillering kwantificeren, zoals massa, produktie en
assemblage
Deze zijn weer koppelbaar met het zogenaamde V-model in Figuur 4.5 weergegeven
voor software ontwikkeling, waarbij de drie bullets gekoppeld zijn aan respectievelijk
Requirements Analysis, High Level Design, Detailed Specifications.
Figuur 4.5: Het V-model in software ontwikkeling [ 25]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 23/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
Eisen kunnen in drie niveau’s worden ingedeeld:
1. Vaste eisen, hier moet zeker aan worden voldaan worden, bijvoorbeeld het
behalen van de een bepaalde remvertraging
2. Variabele eisen: Dit zijn eisen gerelateerd aan bepaalde randvoorwaarden.
Bijvoorbeeld de kostprijs in relatie tot de prestaties.
3. Wensen: dit is een extra eis waarvan het mooi zou zijn als hieraan wordt voldaan.
Met niveau twee is een grijs gebied. Het is verstandig om eerst de vaste eisen te
benoemen, vervolgens de wensen en wat er dan nog overblijft gaat naar de variabele
eisen.
Een voorbeeld van een gedetailleerde produktspecificatie is gegeven op de volgende
pagina. Het betreft hier specificaties voor de dimensionering van een rem voor bijzondere
voertuigen. Toch is de wijze van specificeren representatief voor eigenlijk alle
voertuigen.
Omdat in dit voorbeeld zowel de samengestelde werkwijze (structuur) als ook de
constructieve uitvoering een gegeven zijn zijn hiervoor geen specificaties benoemd
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 24/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
zie www.auscoproducts.com Ausco Products, Inc. of Benton Harbor, Michigan is the market leader in OEM brakes for the construction, agricultural, mining, turf care, and ATV/utility vehicle markets. Ausco builds the widest variety of service and parking brakes in the industry including spring applied multi-disc, hydraulic calipers, mechanical calipers and ball ramp brakes
Ausco invented the spring applied-hydraulically released multi-disc brake in
the early 1970s. Today, Ausco remains the leader in spring applied-
hydraulically released brakes. Ausco's catalog product offerings include all of the common SAE mounts. Most of our brakes are offered in both wet and dry
configurations. Variations on shaft and spline sizes are also a common option.
In addition, Ausco offers a number of specialty multi-disc brakes for
articulated vehicles, mining shuttle cars, etc.
Customer/Company Name: ________________________________ Date: ________________________________ Address: _________________________________________ City: ________________________ State:_____________ Zip Code:______________________ Telephone: _________________________________ Fax: _______________ e-mail: _________________ Person requesting analysis: _____________ Title: ________________________________ Application (Description or Function): ___________________________________________ Expected sales volume - 1st year: ____________ 2nd year: ______________ 3rd year: _____________ Vehicle Information: Description of Worst Case Environment: _________________________________________________ VEHICLE UNLOADED LOADED Total Weight lb lb Front Wheel Weight lb lb Rear Wheel Weight lb lb Center of Gravity Height in in Wheel Base in – Total number of wheels: _________ Number of braked wheels: ____________ Location of Braked Wheels: Front _______________ Rear ________________ Tire Rolling Radius (R1): Front ___________________ Rear ________________ Gear Ratio: _______________________ Wheel-to-Brake ________ In-Wheel Brake _______ Drive-Line ____________ Brake Expected Stop Surface: ________________________________________ Desired Braking Performance of Vehicle: Application: Service Brake Park Brake Emergency Stop Emergency Stop on Grade Other ________________ Number of brakes needed per vehicle: ________________________________ Park brake requirements: Forward grade ______________________% Reverse grade_______________________% Duty Cycle: ________________ Max. Stops/hour @: _____ mph Stop dist. ___________ft. Decel. _______ft/sec2 Maximum vehicle speed (Unloaded): ______________mph Stop dist.: _________ft. Decel. __________________ft/sec2 Maximum vehicle speed (Loaded): ________________mph Stop dist.: _______________ft. Decel. ________ft/sec2 Drive through requirement: ___________________________________________________________________ Any standards that apply to this application: ________________________________________________________ Customer’s calculated torque requirement: ______________________________________________________________ General Application Data: HYDRAULIC MOTOR: Model No.: _________________ Manufacturer: _________________________________ SAE mounting designation: A,B, etc. ________ Other: ___________ 2-bolt ________ 4-bolt _____________________ Shaft size & configuration: ___________________ Spline __________ Key ______________ Torque: ______________lb.-in. At: ___________PSI (maximum) Maximum speed: ____________________ RPM Open or Closed Loop: _____________________________________________ GEAR REDUCER: Model No.: ___________ Manufacturer: ________________________ Reduction ratio: ___SAE mounting designation: A,B, etc. ____ Other: _________ 2-bolt _________ 4-bolt ______ Gear reducer input shaft requirement: _________________ Brake Operation: Type: Charge pressure: __________ System pressure: _________________ Other: __________________________ Pressure range: ________________ PSI Minimum pressure to release brake: ____________________PSI Dry: _____ Oil immersed: ________ Flow through: _______ Service brake operating cycle: __________________ Additional Comments:
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 25/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
4.2 Het samenstellen van de systeemstructuur
Vanuit de functionele decompositie kan een morfologisch schema (of functie-
werkwijzediagram) worden samengesteld. Zie voorbeeld in Figuur 4.6.
In het diagram wordt aangeven met welke structuren (combinatie van werkwijzen, één
per subfunctie) de hoofdfunctie kan worden gerealiseerd.
Welke uiteindelijk verder wordt uitgewerkt wordt bepaald bij de toetsing aan de
randvoorwaarden bij de functie door middel van een keuzediagram. Zie Figuur 4.7.
Figuur 4.7: Voorbeeld van een keuzediagram
Voorbeeld van een keuzediagram
Beoordeling Samengesteld met weging
Structuur Structuur
Eis weging 1 2 3 1 2 3
Remvertraging 4 4 2 4 16 8 16
Voertuigstabiliteit 2 3 2 2 6 4 4
Bedrijfszekerheid 2 2 3 1 4 6 2
etc..
Totaal 26 18 22
Rangorde 1 3 2
Figuur 4.6: Voorbeeld van een morfolgisch schema
Morfologisch schema ontwerp remsystemen (voorbeeld van een opzet)
Werkwijzen 1 2 3 4 5
Functies
voertuigniveau
o vertragen
o energie dissiperen
Bij regeneratieve systemen
o versnellen
o energie opslaan
o
opgeslagen energie
hergebruiken
bestuurder/regeling
o remcommando ontvangen
o
remcommando verwerken
(doorgeven)
o remcommando toepassen
o Stabiliteitregeling voertuig
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 26/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
4.3 Het samenstellen van het systeemontwerp, vormgeving
In de vormgeving worden de werkwijzen van de gekozen structuur samengesteld naar een
eerste ontwerp. In feite gaat het hier om het configureren van de functies in een geheel.
Voorbeeld: Stel een eenvoudig remsysteem voor waarbij
- het vertragen en dissiperen plaats vindt door middel van schijfremmen rondom
- het bedienen plaats vindt door middel van een pedaal – hoofdremcilinder - plunjer bij
de rem
- de remcircuits diagonaal gescheiden zijn.
Gegeven de packaging van het voertuig kunnen we nu de componenten plaatsen. Zie
Figuur 4.8
Figuur 4.8: Plaatsing componenten in de packaging, de vormgeving
Remmen voor
spoor-
breedte
voor
spoor-
breedte
achter
Bedieningseenheid Remmen achter
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 27/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
Zeker bij een conventioneel systeem volstaat een dergelijke systematische weergave.
Is de technische oplossing in onvonventioneel, dus vernieuwend, dan zal men juist
hiervan een tekening/schematische weergave moeten maken.
Stel dat bijvoorbeeld wordt gekozen voor een regeneratief remsysteem dat opgenomen is
in de aandrijflijn van een voertuig, dan zou de weergave hiervan kunnen zijn als in Figuur
4.9
Constructieve details worden dus met nadruk buiten beschouwing gelaten: geef weer wat
voor het begrijpen van de combinatie van werkwijzen noodzakelijk is.
Hetzelfde geldt voor de afmetingen. De functionele dimensies zijn pas bekend nadat de
dimensionering is afgerond.
Figuur 4.9: Voorbeeld van de vormgeving van een regeneratief remsysteem (Volvo
Truck) [ 16]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 28/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
4.4 Het bepalen van de systeemdimensies: Dimensioneren en simuleren
Met het dimensioneren worden de parameters voor de constructie bepaald voor het
stationaire gedrag. Bij simuleren worden de parameters voor de constructie bepaald voor
het dynamische gedrag.
De eisen hiervoor staan in de deellijst met de eisen voor het simuleren.
De basis hiervoor is het maken van een systeembeschrijving. Zie ook met name de
readers van het college aandrijvingen en alternatieve aandrijvingen. Er wordt hier steeds
onderscheid gemaakt tussen
- Systeem naar componenten
Hoe ziet het eruit = het resultaat van de vormgeving
- Systeem naar functie
Hoe zijn de functies met elkaar verbonden. Dit doen we door middel van een
blokschema waarbij ieder blok één of meerdere ingangen en uitgangen heeft.
In ieder blok vindt een omzetting plaats. Deze kan gerelateerd zijn aan
o Informatie: bijvoorbeeld een regelunit
o Energie: bijvoorbeeld een koppeling (vermogen in en vermogen uit)
o Materie: bijvoorbeeld een katalysator
Hoe de omzetting plaats vindt wordt beschreven door middel van wiskundige
vergelijkingen, scheikundige formules of een keuzealgoritme.
- De uitwerking hiervan in een rekenschema
Ieder blok van de systeembeschrijving kan men nader invullen. Door vervolgens de
blokken weer samen te voegen realiseert men een samengestelde wiskundige
vergelijking. Ook kan men direct hieruit een simulatiemodel opbouwen.
Het grote voordeel van deze benadering is dat de ontwerper begrijpt wat er berekend
wordt en vanuit dit begrip zelf kan prioriteren.
Een ander voordeel is dat men analogieën kan herkennen.
Zo is de systeembeschrijving van een schijfrem gelijk aan die van een wrijvingskoppeling
(Figuur 4.10) en is de systeembeschrijving van een retarder gelijk aan die van een
vloeistofkoppeling. (Figuur 4.11). Tevens is te zien dat functionele in en uitgangen van
de koppelingen als geheel gelijk zijn. (bij de vloeistofkoppeling is het gedissipeerde
vermogen wel beschouwd in de berekening maar in de systeembeschrijving niet
genoemd)
De praktijk is dat
- een dergelijke benadering volstaat voor de basis dimensionering
- er voor detaildimensionering – vaak specialisten werk – meer gedetailleerdere
berekeningen worden toegepast. Uiteraard in software en computermodellen.
- het voor de student van belang is om om te leren om te verdiepen, zodat hij/zij dat later
ook kan doen om zo in de professie ook specialist te worden.
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 29/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
1: systeem naar componenten
2: systeem naar functies
Vliegwiel
ωin
Koppelings
plaat
drager
Figuur 4.10: Systeembeschrijving wrijvingskoppeling, niet vereenvoudigd [ 10]
Wrijvings
materiaal
en
dimensies
ωuit
ωin
M
FN
Pin
Puit
Pdis
Vliegwiel + koppeling
Koppeling
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 30/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
Het werken met systeembeschrijvingen brengt overzicht in dimensioneren en simuleren.
Oefening om zelf te proberen:
- maak systeembeschrijvingen met de in en uitgangen van
o schijfrem
o trommelrem
o wrijvingskoppeling
o vloeistofkoppeling
o koppelomvormer
o retarder
o elektromotor
o verbrandingsmotor
o generator
1: systeem naar componenten
2: systeem naar functies
Pomp ωP
Turbine
Figuur 4.11: Systeembeschrijving vloeistofkoppeling, stationair [ 11]
Vloeistof
Vloeistof
ωT ac,P ac,T
vrt vt,T vt,P
M
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 31/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
Het resultaat van het dimensioneren en simuleren zijn de hoofddimensies van de
componenten. Zie als voorbeeld het dimensioneren van de koppeling waar bepaald zijn:
- de afmetingen van het voertingsmateriaal van de koppelingsplaat
- de aandrukkracht vanuit de diafragmaveer
- de bedieningskracht en samenstelling van overbrengingsverhouding voor de bediening
Op basis hiervan kan het basisontwerp worden samengesteld, voldoende om te
beoordelen of het past binnen de packaging van het voertuig.
Deze parameters zijn ook weer toe te passen in simulaties.
Bij in het volgende hoofdstuk ligt ook de nadruk op met name het dimensioneren van
remsystemen.
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 32/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
4.5 Het ontwerpen van het systeem voor produktie, construeren
Met de berekende dimensies en het programma van eisen basis kan de constructeur het
ontwerp verder uitwerken met als eindresultaat produktietekeningen.
De eisen hiervoor staan in de deellijst met de eisen voor het construeren.
Voorbeeld van een constructieopdracht:
Construeer een schijfrem en wielnaaf gegeven de volgende dimensies
- beschikbare ruimte in velg
- schijfrem: diameter en effectieve breedte; dikte remschijf
- de remklauw:
o zuigers: aantal, diameters en maximale hydraulische druk
o afmetingen remblokjes
- plaatsing van de wiellagers en het belastingspratroon van de wielnaaf
- afmetingen van de wielophanging
- levensduur remschijf, remblokken en wiellagers
- maximale massa
- eisen met betrekking tot produktie en recycling
- maximale kostprijs
- etc..
De constructeur staat voor de taak een optimale oplossing te vinden voor soms
tegenstrijdige eisen. Zo moeten alle systemen licht, goedkoop en bedrijfzeker zijn. Licht
betekent weinig materiaal of juist licht materiaal. Weinig materiaal verlaagt de
bedrijfszekerheid. Licht materiaal verhoogt de kostprijs. etc..
Om hierin een goede keuze te kunnen maken die men dus ook kan verantwoorden is een
levensduuranalyse gebruikelijk. Zo’n analyse wordt aangeduid met FMECA (Failure
Mode Effect and Criticality Analysis). In deze analyse wordt per subsysteem bepaald:
- wat voor defect kan optreden
- de kans dat dit defect optreedt
- de gevolgen van dit defect
Kans en gevolg worden in een schaal 1-10 gewaardeerd. Het produkt van kans en gevolg
bepaalt hoe ernstig het probleem is.
Deze levensduuranalyse komt terug in de gelijknamige training in studiejaar 2.
De onderstaande figuur geeft een voorbeeld van een schijfrem van een oude Fiat 128 en
een moderne Formule 1. Duidelijk te zien is dat de verschillen zitten in de details.
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 33/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
Figuur 4.12: Voorbeeld van een remschijf en wielnaaf ; Fiat 128 [ 19] en de Formule 1
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 34/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
5 Ontwerpen, dimensioneren en construeren van remsystemen
In het vorige hoofdstuk is generiek aangegeven hoe vanuit methodische ontwerpen
remsystemen kunnen worden gerealiseerd.
De praktijk echter is dat, tenzij grote innovaties aan de orde zijn, de
berekeningsmethoden grotendeels reeds na te slaan zijn in vakliteratuur.
Hierover gaat dit hoofdstuk waarbij de stappen in het ontwerpen chronologisch worden
beschreven:
- De dimensionering wordt behandeld in paragraaf 5.1.
- De constructieprincipes worden behandeld in paragraaf 5.2
5.1 Dimensioneren
Als eerste wordt bij het dimensioneren, in paragraaf 5.1.1, gegeven de gewenste
remvertraging de remkrachtverdeling bepaald. Vanuit deze remkrachtverdeling zijn de
remkrachten per wiel bekend en kunnen de remmen worden gedimensioneerd.
Dit wordt beschreven in paragraaf 5.1.2 met daarin de schijfrem, trommelrem en een
speciale uitvoering (de retarder)
De transmissieeenheid wordt behandeld in paragraaf 5.1.3. De bediening tenslotte in
paragraaf 5.1.4.
5.1.1 Remkracht en remkrachtverdeling
Remkracht en remkrachtverdeling is in het eerste studiejaar behandeld in de module
VHS01 (Veiligheidssystemen). Deze paragraaf vat deze onderwerpen kort samen.
Uitgangspunt is de theorie in [ 21].
Daarnaast heeft de module aandrijvingen [ 10], in de onderdelen over banden en het
configureren van de aandrijflijn, een vergelijkbare inhoud. Met andere woorden: de
krachtopbouw tussen band en wegdek en de vergelijkingen voor het bepalen van de
gewichtsoverzetting bij aandrijven zijn gelijk aan die bij het remmen.
Omwille van eenvoud sluit deze reader nu aan op de module VHS01.
In deze paragraaf volgen achtereenvolgens:
- Het tijdsdiagram van een noodstop
- Remkracht tussen band en wegdek
- Remkrachtverdeling
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 35/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
5.1.1.1 Het tijdsdiagram van een noodstop
Bij een noodstop doorloopt men in de tijd volgende stadia, zie Figuur 5.1:
- Reactietijd hoofd (van waarnemen naar besluit) (T0);
- Reactietijd bediening (van besluit naar fysiek handelen) (T1);
- Reactietijd transmissie-eenheid en remeenheid (T2);
- Tijd van de maximale remvertraging (T3).
In Figuur 5.2 zijn als functie van de tijd de voertuigvertraging ax, de voertuigsnelheid v
en de afgelegde weg weergegeven.
De T0 en T1 worden door de bestuurder bepaald. T2 en T3 door het voertuig.
Bij het dimensioneren van remsystemen richten we ons als eerste op de remeenheid om
de gewenste remvertraging in de periode T3 te bereiken en daarna op de combinatie
remeenheid en transmissie-eenheid om de periode T2 te minimaliseren.
Figuur 5.1: Tijdsdiagram van een noodstop [ 21]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 36/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
Figuur 5.2: Verloop van de vetraging, snelheid en afgelegde weg bij een noodstop [ 21]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 37/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
x
xs
x
xeff
xv
v
v
vr,
.
5.1.1.2 Krachten tussen band en wegdek
De krachtopbouw tussen band en wegdek is een functie van de slipsnelheid, de
normaalkracht en de wrijvingscoefficient.
De slipsnelheid wordt weergegeven in
- longitudinale slip, door middel van de relatieve wielslip κ, paragraaf 5.1.1.2.1
- laterale slip, door middel van de sliphoek α, paragraaf 5.1.1.2.2
- gecombineerde slip, door middel van α en κ, paragraaf 5.1.1.2.3
Afgesloten wordt met een samengestelde bandkarakteristiek (paragraaf 5.1.1.2.4) en
richtwaarden voor de toepassing ervan (paragraaf 5.1.1.2.5) .
5.1.1.2.1 longitudinale slip: bandkarakteristiek
De pure longitudinale slip is als volgt gedefinieerd:
( 5.1 )
In deze vergelijking is het resultaat van de teller de longitudinale slipsnelheid vs,x. Figuur
5.3 geeft de locale contactspanning weer bij remmen met 7% slip (dus κ= -0,07).
Figuur 5.4. Heel goed is hier te zien dat er twee wrijvingsniveau’s zijn. Bij kleine
slipsnelheid is de adhesieve wrijving bepalend en bij grotere slipsnelheden de hysterese
Figuur 5.3: Schuifspanningsverdeling bij remmen met 7% longitudinale slip (dus κ= -
0,07) [ 24]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 38/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
wrijving. De totale wrijving is de som van alle locale deelwrijvingen. Er is hierbij een
optimale hoeveelheid slip, dus waarbij de som van de deelwrijvingen maximaal is. Bij
een personenautoband ligt die waarde rond de 0,15 (15% slip).
De onderstaande figuur laat het verloop van de wrijvingscoëfficiënt zien als functie van
de longitudinale slip (hier weer in % weergegeven) waarbij het zeer van belang is te
onderscheiden de Haftreibungszahl (de hechtende wrijwingscoëffiënt) en de
Gleitreibungszahl (de glijdende wrijvingscoëfficiënt).
Figuur 5.4: Verdeling locale longitudinale krachten (evenredig met schuifspanning) bij
verschillende niveau’s van longitudinale slip (niveau 3 is niveau maximum ) en niveau 4 is
niveau bij blokkeren. [ 24]
Figuur 5.5: wrijvingscoëfficiënt zien als functie van de longitudinale slip (hier weer in %
weergegeven) [ 24]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 39/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
5.1.1.2.2 laterale slip: bandkarakteristiek
Wanneer de band ten opzichte van de bewegingsrichting ingedraaid wordt (rotatie om de
z-as met een sliphoek α, zie Figuur 5.6) dan geldt de volgende vergelijking:
De pure laterale slip wordt de slipsnelheid vs,y bepaald door:
( 5.2 )
Dit kunnen we ook als volgt schrijven:
( 5.3 )
Deze slipsnelheid is samengesteld uit locale (deelsnelheden over de lengte van het
loopvlak). Ook hier hebben we te maken met het adhesieve en hysterese deel van de
wrijving. Zie Figuur 5.7. In de praktijk het maximum van de wrijving behaald bij circa 10
graden sliphoek. (de sinus hiervan is 0,17 en dat komt redelijk overeen met de ligging
van de top de van de longitudinale karakteristiek). Hier houdt ook het interesse gebied
Figuur 5.6: Definitie laterale slip [ 24]
x
ysx
ysv
vvv
,
, )tan()sin(.)cos(
)sin(., vv ys
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 40/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
van de voertuigdynamica op omdat het voertuig voorbij dit niveau niet meer beheersbaar
is. Karakteristieken worden doorgaans weergegeven tot circa 15 graden sliphoek.
Figuur 5.8 laat een voorbeeld van een karakteristiek zien waarin tevens goed zichtbaar is
dat de wrijvingscoëfficiënt afneemt met toename van de normaalkracht.
Figuur 5.7: Opbouw van laterale kracht in het contactvlak [ 24]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 41/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
5.1.1.2.3 Gecombineerde slip: bandkarakteristiek
Bij het gelijktijdig optreden van longitudinale en laterale slip spreekt men over
gecombineerde slip. Zie Figuur 5.9: de cirkel van Kamm. De buitenste cirkel geeft het
niveau weer can de hechtende wrijving en de binnenste cirkel het niveau van de glijdende
wrijving.
Als voorbeeld het remmen in een bocht: het voertuig heeft een constante snelheid en
constante bochtstraal en heeft daartoe een gegeven laterale kracht Fy nodig per band.
Indien in in bocht geremd wordt dan is de maximale remkracht begrensd door de cirkel
van Kamm. Komt de gecombineerde kracht (vectoriële samenstelling van Fx en Fy)
buiten de cirkel dan zal als eerste het wiel (waar dat optreedt) blokkeren. Indien het wiel
blokkeert treedt er volledige slip op zowel in longitudinale als in laterale richting. Het
wrijvingsniveau wordt nu voor beiden bepaald door de glijdende wrijving. Stel dat
glijdende wrijvingscoëfficiënt 0,7 is bij een sliphoek van 10 graden dan is de resulterende
wrijvingscoëfficent longitudinaal (0,7 . cos (10) = 0,69) en lateraal (0,7 * sin (10) = 0,12).
Treedt deze situatie op op de vooras dan zal het voertuig onderstuurd de bocht uitglijden
en treedt deze situatie op op de achteras dan zal het overstuurd de bocht uitglijden. Het
spreekt voor zich dat de tweede situatie in noodsituaties niet wenselijk is.
Figuur 5.8: Voorbeeld van de Fy als functie van de sliphoek bij pure laterale slip. [ 24]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 42/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
5.1.1.2.4 Samengestelde bandkarakteristiek
Figuur 5.10 geeft een voorbeeld van een recent gemeten bandkarakteristiek, droog, met
de bandenmeetwagen van TNO (de Delft Tyre Test Trailer)
Figuur 5.9: De herkomst van de cirkel van Kamm [ 24]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 43/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
Figuur 5.10: Voorbeeld bandkarakteristiek (195/65 R15) gemeten met de bandenmeetwagen van TNO in
2000. De gestippelde lijnen geven de Magic Formula (mathematische bandformule) benadering weer
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 44/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
5.1.1.2.5 Richtwaarden voor de wrijvingscoefficient
De richtwaarden zijn weergegeven in Figuur 5.11, Figuur 5.12. en Figuur 5.13.
De maximale remkracht wordt bepaald door de hechtende wrijvingscoëfficiën in
logitudinale richting. Deze ligt in de orde van 1-1,1.
Figuur 5.11: Wrijvingscoefficient longitudiaal als functie van longitudinale slip λx [ 21]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 45/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
Figuur 5.13: Wrijvingscoefficient lateraal als functie van laterale slip λv voor a: ruw beton b: glad
beton c: sneeuw d: ijs[ 21]
Figuur 5.12: Glijdende wrijvingscoëfficiënt als functie van de voertuigsnelheid, voor 8 mm
profieldiepte (getrokken lijn) en 2 mm profieldiepte (gestippelde lijn) [ 21]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 46/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
5.1.1.3 Remkrachtverdeling
In het ideale geval geldt dat de remkracht die vanuit de remmen wordt opgebouwd gelijk
is aan het het produkt van voeruiggewicht en de wrijvingscoeffient.
Er geldt dus:
GFrem . of in de notatie van [ 21]: gHBg GF .
In dat geval spreken we over een ideale remkrachtverdeling. De praktijk is echter dat:
- deze remkrachtverdeling ten gevolge van de gewichtsoverzetting bij ieder niveau van de
remvertraging een andere waarde heeft.
- de wrijvingscoefficient varieert ten gevolge van de snelheid, wegdekconditie en
vertikale wiellast.
Om die reden maakt men bij het bepalen van de remkrachtverdeling onderscheid tussen
de afremming k en de hechtende wrijvingscoëfficient μH.
g
Bg
G
Fz met BhBvBg FFF
De remkracht op de vooras FBv en achteras FBh worden bepaald door het produkt van FGv,
het voertuiggewicht op de vooras, en μv, de wrijvingscoefficient op de vooras, en FGh,
het voertuiggewicht op de achteras en μh, de wrijvingscoefficient op de achteras. In
wiskundige notatie:
GvvBv FF . en GhhBh FF .
Zie Figuur 5.14. Voor het voertuiggewicht op de vooras geldt:
l
hz
l
llGF sv
gGv ..
Voor het voertuiggewicht op de achteras geldt:
l
hz
l
lGF sv
gGh ..
NB: we kunnen deze vergelijking ook herschrijven tot vergelijking 8.6 in [ 10]:
sv
g
Ghsv
g
Gh
sv
gGh hagll
mFh
g
al
l
mgF
l
hz
l
lGF .....
...
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 47/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
Gegeven de wrijvingscoefficient voor en achter en gegeven de totale remkracht kunnen
we nu de ideale remkrachtverdeling bepalen. Voor de eenvoud gaat men hierbij uit van
een gelijke wrijvingscoefficient op voor en achteras1
Deze ideale remkrachtverdeling wordt weergeven door de gebogen lijn in de grafiek in
Figuur 5.15: De ideale en geïnstalleerde remkrachtverdeling Figuur 5.15. Op deze lijn
geldt dus z=μ
De praktijk is dat de remkrachtverdeling in de basis vast is. Er is dus maar één waarde
van z (zkrit) waarbij de remkracht voor en achter optimaal verdeeld zijn.
Bij lagere waarden van z zal de vooras eerder blokkeren. Bij hogere waarden van z zal de
achteras eerder blokkeren. Blokkeren van de achteras leidt tot een instabiel
voertuiggedrag en moet vermeden worden. Zie Figuur 5.16
Om die reden stelt kiest met de zkrit zodanig dat deze instabiele situatie alleen kan
optreden op een droge weg waarbij het voertuig beter te corrigeren is.
Bij lagere wrijvingscoëfficiënten blokkeert eerst de vooras en is het voertuig
1 De praktijk is dat een toename van de wiellast resulteert in een afname van de wrijvingscoëfficiënt
Figuur 5.14: Parameters in de gewichtsoverzetting bij remmen [ 21]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 48/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
Figuur 5.16: Bij blokkeren van de vooras blijft het voertuig stabiel, bij blokkeren van de achteras
wordt het voertuig instabiel [ 21]
Figuur 5.15: De ideale en geïnstalleerde remkrachtverdeling [ 21]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 49/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
Teneinde de ideale remkrachtverdeling zo goed mogelijk te benaderen zijn diverse
systemen ontwikkeld. De kroon op deze ontwikkeling is het Anti Blokkeer Systeem.
Achtereenvolgens wordt de principiële werking van diverse systemen kort toegelicht:
1. Remkrachtbegrenzing
2. Remkrachtvermindering
3. Schakelbare hoofdremcilinder
DAARNA WORDT INGEGAAN OP DE BEPERKING VAN DEZE SYSTEMEN:
4. Nauwkeurigheid van de regeling
5. Effect remmend moment van de motor
En tenslotte
6. Het Anti blokkeer Systeem
Ad 1. Remkrachtbegrenzing
Bij remkrachtbegrenzing is de remkrachtverdeling voor/achter vast maar wordt de druk
naar de achterremmen begrensd. De maximale druk die naar de achterremmen gaat kan,
door middel van een stangenmechanisme, instelbaar zijn afhankelijk van de invering van
Figuur 5.17: Stabiliteitscondities bij remmen [ 23]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 50/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
de achteras. Bij grote invering is wordt is de maximale remdruk hoger dan bij kleinere
invering.
In Figuur 5.18 is dit weergegeven. Op de x-as staat de genormaliseerde remkracht
op de vooras en op de y-as de genormaliseerde remkracht op de achteras.
Ad 2. Remkrachtvermindering
Remdrukvermindering lijkt op remkrachtbegrenzing met dit verschil dat de remdruk naar
de achterremmen na het omschakelpunt nog steeds toeneemt, echter minder stijl dan voor
het omschakelpunt. Hiermee wordt een betere benadering van de ideale
remkrachtverdeling gerealiseerd.
Figuur 5.18: Remkrachtbegrenzing. In het deel “Instabiler Bereich..”zal eerste de achteras blokkeren. [ 21]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 51/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
Ad 3. Schakelbare hoofdremcilinder
Bij een schakelbare tandem hoofdremcilinder wordt tussen twee standen geschakeld
afhankelijk van de beladingsgraad van het voertuig
Figuur 5.19: Remkrachtbregrenzing, met beladingsafhankelijk omschakelpunt (ZUbeladen en ZUleer) [ 21]
Figuur 5.20: Schakelbare hoofdremcilinder, afhankelijk van de beladingsgraad, dit resulteert in zkrit,leer en
zkrit,beladen [ 21]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 52/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
Beperking van deze systemen
Ad 4. Nauwkeurigheid van de regeling
Zoals al eerder gesteld is de remdrukbegrenzing uitgevoerd als stangenmechanisme. Het
instellen en beproeven van de juiste instelling is niet eenvoudig en daarnaast veranderen
gedurende de gebruiksduur parameters van componenten, zoals het zich zetten van de
veren (hierdoor lijkt het voertuig ten onrechte een hogere aslast te hebben) en de
verandering van en spreiding in het materiaal van de remmen (schijf/trommel versus
remblokken en remschoenen)
Ad 5. Effect remmend moment van de motor
Indien men afremt zonder te ontkoppelen zal de motor een additioneel remmend moment
op de ‘aangedreven’ as veroorzaken. In geval van de vooras is dit niet kritisch voor de
stabiliteit, bij een achteras kan dit wel het geval zijn. Het probleem met remmende
moment van een motor is dat de grootte hiervan wordt bepaald door het motortoerental en
de gekozen overbrengingsverhouding. Zie Figuur 5.21.
In de extreme situatie (dus gas loslaten in een bocht loslaten vanuit met een hoog
motortoerental) kan dit leiden tot zeer instabiel rijgedrag. Hier spelen meerdere zaken een
rol dan alleen de het remmend moment van de motor. Hierover later meer.
Het spreekt dus bijna voor zich dat instabiliteit als eerste optreedt bij achterwiel
aangedreven auto’s met de motor achterin (Porsche 911, oude Skoda’s, Smart).
Figuur 5.21: Invloed remmende werking van de motor op de ideale remkrachverdeling [ 21]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 53/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
Ad 5. ABS: Antiblokkeersysteem
Met alle beperking van conventionele remsystemen lijkt ABS het ei van columbus. het
ABS voorkomt dat een wiel blokkeert. doordat de wielen altijd blijven draaien blijft er
altijd wrijvingspotentieel in laterale richting beschikbaar en blijft het voertuig
bestuurbaar.
Geprojecteert op de cirkel van Kamm betekent dit dat voor wat betreft de longitudinale
slip zodanig geregeld wordt dat de grenswaarde niet overschreden. De gevreesde
binnencirkel wordt hiermee niet meer betreden.
Regeltechnisch is de longitudinale bandkarakteristiek het uitgangspunt.
Indien men met sliphoek 0 een band afremt dan bestaat de afremming uit een stabiel en
instabiel deel:
Stabiel: Voor de top, hierin kan de bestuurder regelen/doseren
Instabiel: Na de top er is nu een overmaat aan remkracht aanwezig waardoor het
wiel zeer snel (ordegrootte van 0,2-0,4 sec) zal blokkeren. Gezien de traagheid
van de bediening en de reactietijd van de bestuurder is dit niet beheersbaar
De eerste taak van de regeling is dus te voorkomen dat het wiel blokkeert. De regeling
maakt hiertoe gebruik van hoeksnelheidssensoren op de wielen. Zodra de hoeksnelheid
zeer snel gaat afnemen is dit het signaal dat men over de top van de bandkarakteristiek is
en moet het ABS ingrijpen door de remdruk te verlagen/te onderbreken.
Deze regeling werkt goed bij kleine sliphoeken. Bij grotere sliphoeken verdwijnt de top
in de longitudinale bandkarakteristiek en zal het systeem dus nooit ingrijpen waardoor de
het wiel toch blokkeert.
Om dit te voorkomen heeft een ABS ook een slipregeling die voorkomt dat de
longitudinale slip een kritisch niveau overschrijdt.
Bij het ingrijpen van het ABS worden door de regeling de volgende fasen doorlopen Zie
Figuur 5.22:
Fase 1: nog onder de maximale remdruk, systeem werkt als conventioneel
remsysteem
Fase 2: overschrijding van de maximale remdruk: verbinding tussen
hoofdremcilinder en rem wordt gesperd
Fase 3: de remdruk aan de wielzijde wordt met een vaste stap verlaagd,
Fase 4: de remdruk wordt weer gesperd; het wiel zal eerst minder vertragen,
vervolgens gaan versnellen
Fase 5: de verbinding met de hoofdremcilinder wordt weer vrijgegeven. Hierdoor
neemt de hoeksnelheid van het wiel weer af , de wielslip zit nu in de buurt van de
kritische waarde
Fase 6 en verder de regeling regelt nu om de gewenste longitudinale slip waarde
waarbij de regelfrequentie kan oplopen tot 20 Hz
De bestuurder ervaart deze pulserende regeling als een trilling in het rempedaal.
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 54/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
5.1.1.4 Richtlijnen voor het dimensioneren van de remmen
Voor voertuigen zonder ABS
- Bepaal de maximale wrijvingscoëfficiënt
- Stel de ideale remkrachtverdeling samen voor diverse beladingscondities voor het
gehele bereik tot de maximale wrijvingscoëfficiënt
- Kies zkrit met eventuele aanpassingen zoals remdrukbegrenzing/regeling
- Bepaal de maximaal optredende remkracht voor en achter
Voor voertuigen met ABS
- Bepaal de maximale wrijvingscoëfficiënt
- Stel de ideale remkrachtverdeling samen voor diverse beladingscondities voor het
gehele bereik tot de maximale wrijvingscoëfficiënt
- Bepaal de maximaal optredende remkracht voor en achter
Figuur 5.22: Werking van de regeling van een ABS [ 21]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 55/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
5.1.2 Remeenheden
Voor iedere remeenheid geldt de systeembeschrijving in Figuur 5.23.
Hierin zijn gegeven een ingaande hoeksnelheid (van het wiel) en een uitgaande
hoeksnelheid (0 in geval van een rem en retarder). Uit de dimensies, normaalkracht en de
wrijvingscoefficient2 van de rem volgen het remmend moment en vervolgens het
gedissipeerde vermogen.
Het gedissipeerde vermogen leidt tot een temperatuurtoename in de rem en een
verandering van de wrijvingscoëfficiënt. Er ontstaat dus een gesloten systeem.Zie Figuur
5.24.
2 Strikt genomen is de wrijvingscoefficient ook afhankelijk van de snelheid, vandaar dat de ingaande
hoeksnelheden worden meegenomen.
2: systeem naar functies
ωin
Figuur 5.23: Generieke Systeembeschrijving remeenheid
Remeenheid,
kracht
eigenschappen
ωuit
M
dimensies, μ, FN
Pdis
Remeenheid
Bepaling
Pdis
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 56/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
Van deze systeembeschrijving kan direct een simulink model worden opgebouwd, zie
Figuur 5.25.
2: systeem naar functies
ωin
Figuur 5.24: Generieke Systeembeschrijving remeenheid, inclusief opwarmen
Remeenheid,
kracht
eigenschappen
ωuit
M
dimensies, μ, FN
Pdis
Remeenheid
Bepaling
Pdis
Remeenheid
warmte-
eigenschappen
T
Nieuwe μ
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 57/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
In de volgende paragrafen wordt dit voor achtereenvolgens de schijfrem, de trommelrem
en de retarder uitgewerkt.
Voor de schijfrem en trommelrem geldt:
- Er is een directe aansluiting met de dimensionering van de wrijvingskoppeling
Voor de retarder geldt:
- Er is een directe aansluiting met de dimensionering van de vloeistofkoppeling,
uitwerking in reader alternatieve aandrijving
Om die reden is de beschrijving hier summier.
Figuur 5.25: Opbouw simulink model rem
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 58/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
5.1.2.1 Basisvergelijkingen wrijvingskoppeling
De facetten van de dimensionering van de koppeling kunnen we direct afleiden uit de
systeembeschrijving:
1. Het dimensioneren op het overbrengen van koppel
2. Het dimensioneren op het dissiperen/opslaan van warmte
Ad 1. Het dimensioneren op het overbrengen van koppel
irFM effN .... ( 5.4 )
met:
22
33
.3
2
rR
rRreff
( 5.5 )
of
2
rRreff
( 5.6 )
Ad 2. Het dimensioneren op het dissiperen/opslaan van warmte
TmcQ .. met ..dAm ( 5.7 )
2
minmax TTT
en beginTT min ( 5.8 )
dus
TTT begin .2max ( 5.9 )
5.1.2.2 Schijfrem
Uitbreidingen op het dimensioneren van de koppeling:
In de literatuur [ 4] werkt men met de zogenaamde rem coefficient, de inwendige
overbrengingscoëfficiënt:
...* i
F
Fi
F
FC
N
N
N
t ( 5.10 )
Hierin is Ft de tangentiele kracht en FN de normaalkracht. Voor een schijfrem is i gelijk
aan 2.
Verder zijn de materiaaleigenschappen van belang:
1. Maximale vlaktedruk
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 59/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
2. Wrijvingscoefficient
3. Soortelijke warmte
4. Maximale temperaturen in rem
5. Eisen aan toelaatbare warmtebelasting
Ad 1. Maximale vlaktedruk
Neem als richtwaarde 1.106 N/m
2 Bron [ 23]
Ad 2. Wrijvingscoefficient
De wrijvingscoëfficiënt wordt bepaald door de vlaktedruk, de temperatuur en in geval
carbonremmen, ook door de snelheid.
Figuur 5.26 laat de wrijvingscoefficiënt zien voor een normale remvoering op een
gietijzeren schijf. De maximale waarde is ongeveer 0,45.
Figuur 5.26: De wrijvingscoëfficiënt bepaald door de (vlakte)druk en de temperatuur
bij een gietijzeren remschijf [ 22]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 60/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
In geval van carbonremmen bij racewagens geldt met name dat de wrijvingscoefficient
een ander –snelheidsonafhankelijk - verloop heeft als functie van de snelheid zie Figuur
5.28.
Figuur 5.27: De wrijvingscoëfficiënt bepaald door de temperatuur bij een gietijzeren
remschijf [ 23]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 61/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
Ad 3. Soortelijke warmte
Voor gietijzer: 0,65 kJ/kgK [ 23]
Voor carbon: 1,2 kJ/kgK [ 23]
Voor remblokken: 0,81 kJ/kgK [ 10] 3
Ad 4. Maximale temperaturen in rem
Voor gietijzer: 600 °C [ 23]
Voor carbon: 1000 °C [ 23]
Remblokken: 400 °C [ 23]
Ad 5. Eisen aan toelaatbare warmtebelasting
10 noodstops vanaf 100 km/u, zonder fading, dus remweg < 38 m
Zie ook Figuur 5.29 en Figuur 5.30.
3 Waarde van de voering van de wrijvingskoppeling. Van remblokken heb ik geen waarde kunnen
achterhalen
Figuur 5.28: De wrijvingscoëfficiënt als functie van de snelheid voor een gietijzeren remschijf en
een carbon remschijf+remblokken [ 23]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 62/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
Figuur 5.30: Warmte afgifte bij een schijfrem: Reibung: gedissipeerde energie, Konvektion:
afgifte aan lucht, Stralung: naar omgevende componenten, Leitung: doorleiden naar wielnaaf [
23]
Figuur 5.29: De toename van de temperatuur in de remschijf als functie van de tijd bij een serie
van noodstops [ 23]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 63/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
5.1.2.3 Trommelrem
Het wezenlijke verschil tussen de inwendige overbrengingsverhouding van trommelrem
en schijfrem is dat de eerste zelfversterkende is. Dat betetekent dat bij toename van de
wrijvingcoefficient μ de inwendige overbrengingsverhouding C* meer dan evenredig
stijgt. Zie Figuur 5.31.
De verandering hiervan wordt weergegeven door E0 de gevoeligheid van de inwendige
overbrengingscoëfficiënt.
d
dCE
*
0 ( 5.11 )
Het verloop hiervan voor de simplexrem en schijfrem is weergegeven in Figuur 5.32.
Conclusies hieruit:
- Voor een schijfrem is E0 constant
- Voor een trommelrem met een of twee oplopende remschoenen neemt E0 exponentieel
toe. Bij een te hoge wrijvingscoefficient kan de rem daardoor zichzelf blokkeren,
hetgeen een onwenselijke situatie is.
Figuur 5.31: Inwendige overbrengingsverhouding voor diverse typen remmen [ 4]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 64/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
In het nu volgende worden de vergelijkingen voor C* voor trommelremmen uitgewerkt.
Als eerste de vergelijking voor een oplopende en aflopende remschoen en vervolgens de
samengestelde vergelijking voor de simplex, duplex en servo trommelrem.
5.1.2.3.1 Basisvergelijkingen inwendige overbrengingsverhouding
Figuur 5.33 geeft de uitgangssituatie weer met hierin:
- Fsp:de kracht vanuit de remcilinder, op de linker remschoen
- FN: de samengestelde4 normaalkracht, op de linker remschoen
- FB,u: de samengestelde remkracht, op de linker remschoen
4 Dit is een vereenvoudigde weergave: in werkelijkheid is de normaalkracht en de remkracht niet evenredig
verdeeld over de remschoen. Dit wordt later in deze paragraaf toegelicht.
Figuur 5.32: De gevoeligheid van de inwendige overbrengingsverhouding voor de
simplex rem en schijfrem. Overrunning shoe is oplopende deel, trailing shoe is het
aflopende deel [ 4]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 65/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
Uit het momentenevenwicht om punt A volgt:
0...2. , rFaFaF uBNSp ( 5.12 )
Tevens geldt
BNuB FF ., ( 5.13 )
Samengesteld kunnen we dit schrijven als:
0..2.0...2. ,,
,
B
uBSpuB
B
uB
Sp
arFaFrFa
FaF
( 5.14 )
C* is gedefinieerd als Sp
uB
F
FC
,* dus en aldus kunnen we de vergelijking verder
uitschrijven.
Figuur 5.33: De opbouw van een simplex trommelrem met krachten en dimensies. [ 22]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 66/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
a
rF
F
ar
a
F
FaF
arF
B
Sp
uB
B
Sp
uB
Sp
B
uB
1
2.2.2..
,,
, ( 5.15 )
Dus geldt voor de inwendige overbrengingsverhouding van de oplopende remschoen:
a
rC
B
oplopend
1
2* ( 5.16 )
Op dezelfde wijze kunnen we de aflopende remschoen beschouwen.
Uit het momentenevenwicht om punt A volgt:
0...2. , rFaFaF uBNSp ( 5.17 )
Tevens geldt
BNuB FF ., ( 5.18 )
Samengesteld kunnen we dit schrijven als:
0..2.0...2. ,,
,
B
uBSpuB
B
uB
Sp
arFaFrFa
FaF
( 5.19 )
C* is gedefinieerd als Sp
uB
F
FC
,* dus en aldus kunnen we de vergelijking verder
uitschrijven.
a
rF
F
ar
a
F
FaF
arF
B
Sp
uB
B
Sp
uB
Sp
B
uB
1
2.2.2..
,,
, ( 5.20 )
Dus geldt voor de inwendige overbrengingsverhouding van de oplopende remschoen:
a
rC
B
aflopend
1
2* ( 5.21 )
De resulterende grafieken, bij r=1,2 en a=1 (genormaliseerde waarden) zijn weergegeven
in Figuur 5.34 en Figuur 5.35 .
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 67/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
Figuur 5.35: De berekende gevoeligheid van de inwendige overbrengingsverhouding voor een
op- en aflopende remschoen.
Gevoeligheid inwendige overbrengingsverhouding
voor een oplopende en aflopende remschoen
0
2
4
6
8
10
12
0 0,2 0,4 0,6
Wrijvingscoefficient
Ge
vo
eli
gh
eid
in
we
nd
ige
ov
erb
ren
gin
gs
ve
rho
ud
ing
E_oplopend
E_aflopend
Figuur 5.34: De berekende inwendige overbrengingsverhouding voor een op- en aflopende
remschoen.
Inwendige overbrengingsverhouding voor een
oplopende en aflopende remschoen
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
0 0,2 0,4 0,6
Wrijvingscoefficient
Inw
en
dig
e
ov
erb
ren
gin
gs
ve
rho
ud
ing
C_oplopend
C_aflopend
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 68/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
5.1.2.3.2 Toepassing inwendige overbrengingsverhouding
De grafiek in Figuur 5.36 geeft de resultaten weer van de vergelijkingen in de volgende
paragrafen: respectievelijk simplex, duplex en (duo)servo rem.
De uitwerking hiervan volgt in de volgende paragrafen.
5.1.2.3.2.1 Simplex rem
Eén remschoen is oplopend en één remschoen is aflopend:
Voor C* geldt nu:
***
aflopendoplopend CCC
5.1.2.3.2.2 Duplex rem
Beide remschoenen zijn nu oplopend.
Voor C* geldt nu:
** .2 oplopendCC
Figuur 5.36: De berekende samengestelde inwendige overbrengingsverhouding voor diverse
trommelremmen.
Inwendige overbrengingsvehoudingen voor diverse
typen trommelremmen
0
2
4
6
8
10
12
0 0,2 0,4 0,6
Wrijvingscoefficient
Inw
en
dig
e
ov
erb
ren
gin
gs
ve
rho
ud
ing
C_simplex
C_duplex
C_servo
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 69/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
5.1.2.3.2.3 Servorem
Beide remschoenen zijn nu oplopend en daarnaast is er een overdracht van de linker op
de rechter remschoen.
Voor C* geldt nu:
*
21
*** . oplopendoplopendoplopend CkkCCC
k1 is ongeveer 1
- Indien er geen overdracht is, geldt k2=0; er wordt vindt nu geen overdracht van de
linker op de rechter remschoen plaats. De samengestelde vergelijking is nu gelijk aan
die van de Duplex rem.
- Indien er optimale overdracht is geldt k2=1
5.1.2.3.3 Nadere detaillering inwendige overbrengingsverhouding
De voorgaande berekening is een benadering van de werkelijkheid. De belangrijkste
vereenvoudiging hierbij is dat de verdeling van de normaalkracht gelijkmatig is over de
boogstraal waarop de remschoen aangrijpt. Daarnaast wordt uitgegaan van een constante
wrijvingscoefficient.
De afleiding van de gedetailleerde berekening als gevolg van de ongelijkmatige verdeling
van de vlaktedruk wordt hier niet gegeven, wel het resultaat. Zie ook Figuur 5.37.
De aangepaste vergelijking voor de oplopende en aflopende remschoen is:
Figuur 5.37: De situatie voor een niet gelijkmatige vlaktedruk. [ 4]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 70/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
a
rfC
B
oplopend
0
2* ( 5.22 )
a
rfC
B
aflopend
0
2*
( 5.23 )
Voor fα0 geldt:
0
00
.5,0sin.4
sin0
f ( 5.24 )
Hierin is α0 gelijk aan de booghoek (in radialen) waarover de remschoen aanligt. Een
goede schatting hiervoor is 4 rad en geeft een fα0 van 0,92.
De resultaten van de berekeningen zijn weergegeven in Figuur 5.38 en Figuur 5.39
Figuur 5.38: De berekende inwendige overbrengingsverhouding met toepassing van fα0 voor een
op- en aflopende remschoen. [ 22]
Inwendige overbrengingsverhouding voor een
oplopende en aflopende remschoen
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
0 0,2 0,4 0,6
Wrijvingscoefficient
Inw
en
dig
e
ov
erb
ren
gin
gs
ve
rho
ud
ing
C_oplopend
C_aflopend
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 71/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
Tot slot nog even het verschil tussen beiden, zie Figuur 5.40.
De conclusie is dat de vereenvoudigde weergave voldoende nauwkeurig is.
Figuur 5.40: Het verschil tussen beiden, de basis en de gedetailleerde berekening.
Inwendige overbrengingsverhouding, vergelijking
tussen basis en gedetailleerde berekening
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
0 0,2 0,4 0,6
Wrijvingscoëfficiënt
Inw
en
dig
e
overb
ren
gin
gsverh
ou
din
g
C_oplopend basis
C_aflopend basis
C_oplopend detail
C_aflopend detail
Figuur 5.39: De berekende samengestelde inwendige overbrengingsverhouding met toepassing
van fα0 voor diverse trommelremmen. [ 22]
Inwendige overbrengingsvehoudingen voor diverse
typen trommelremmen
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0 0,2 0,4 0,6
Wrijvingscoefficient
Inw
en
dig
e
ov
erb
ren
gin
gs
ve
rho
ud
ing
C_simplex
C_duplex
C_servo
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 72/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
5.1.2.4 Retarders
Retarders worden als hulprem ingezet bij vrachtwagens en bussen. Ze dienen met name
ter regulering van de voertuigsnelheid bij afdalingen in bergachtig terrein.
Door toepassing van retarders worden de wrijvingsremmen ontlast, zodat het gevreesde
effect van fading niet optreedt.
Er zijn drie typen retarders:
de hydrodynamische retarder, zie paragraaf 5.1.2.4.1.
de elektrische retarder, zie paragraaf 5.1.2.4.2.
de motorrem, zie paragraaf 5.1.2.4.3.
5.1.2.4.1 Hydrodynamische retarders
De hydrodynamische retarder wordt geplaatst op de uitgaande as van wisselbak. Zie
Figuur 5.41. De retarder bestaat net als bij een vloeistofkoppeling uit een pompwiel en
een turbinewiel.
Het pompwiel is verbonden met de uitgaande as van de wisselbak. Het turbinewiel staat
stil. Het remmend koppel is bij de retarder een functie van de voertuigsnelheid en de
vullingsgraad van de retarder.
De dimensionering van de hydrodynamische retarder is vergelijkbaar met de
dimensionering van de vloeistofkoppeling zie [ 11].
De vergelijking voor het over te brengen moment van een vloeistofkoppeling als functie
van het rendement van omega ηω en de ingaande hoeksnelheid ωP luidt:
Figuur 5.41: Een wisselbak met aan de rechterzijde de retarder [ 26].
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 73/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
2
max
min2
max
222
min
2
max.1.....
.1.
r
rrA
rrM P
p
( 5.25 )
In geval van de retarder is het rendement van omega gelijk (ηω) aan 0 en gelden dus als
ingaande veranderende parameters:
De voertuigsnelheid, en daarmee de ingaande hoeksnelheid ωP.
De vullingsgraad
In fig Figuur 5.42 is een voorbeeld van de karakteristiek gegeven. Deze karakteristiek
heeft een optimum voor het koppel, dit in tegenspraak tot de hiervoor gegeven
vergelijking.
Het verschil wordt (hypothese auteur) in sterke mate verklaard door stromingsrendement
in de retarder.
Een bekende fabrikant van hydrodynamische retarder is Voith [ 26].
Figuur 5.42: Een voorbeeld van de specificaties en de karakteristiek van een retarder [ 26]
Rechtergrafiek: de 4 lijnen links geven de de remmende koppels als functie van het toerental van de
uitgaande as weer bij oplopende vullingsgraad van de retarder. Het produkt van koppel en toerental
(uitgedruk in hoeksnelheid) is het remmend vermogen. De twee lijnen rechts geven de lijnen van
constant vermogen weer.
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 74/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
5.1.2.4.2 Elektrische retarders
Deze zijn bekend als de zogenaamde wervelstroomremmen of magneetremmen.
Hierbij wordt de magnetische aantrekkingskracht tussen twee delen omgezet in
elektriciteit, die vervolgens weer in warmte wordt omgezet, of teruggevoerd kan worden
aan een accu.
Bij de wervelstroomrem (zie Figuur 5.43) wordt de magnetische aantrekkingskracht
tussen twee delen opgewekt door inductie van stromen. Deze rem wordt in de cardanas of
het differentieel ingebouwd. De stator wekt een magnetisch veld op. Aan beide zijden
van de stator bevindt zich een rotor. Deze zijn mechanisch met elkaar verbonden.
Door de verstroring van dat magnetische veld door de rotors ontstaat er een mechanisch
koppel. De energie wordt omgezet in warme die door luchtkoeling wordt afgevoerd
Een bekende fabrikant van wervelstroomremmen is Telma [ 27]
Buiten toepassingen in de voertuigen worden deze ook toegepast in rollenbanken en
trainingsapparaten in sportscholen.
5.1.2.4.3 Motorrem
Hetzelfde effect als een retarder heeft de zogenaamde motorrem. Hierbij wordt het
uitlaatcircuit deels gesloten waardoor er een tegendruk ontstaat, de motor als compressor
gaat werken en daarmee het voertuig remt. Zie Figuur 5.44.
Figuur 5.43: Wervelstroomrem [ 27]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 75/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
Voor het sluiten van de uitlaatcircuit bestaan er meerdere opties
Hydraulische aansturing op de tuimelaar, klepstoter, zie Figuur 5.45
Een klep (vergelijkbaar met een smoorklep) in het uitlaatcircuit, zie Figuur 5.46
Figuur 5.44: Het principe van de motorrem [ 28 ]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 76/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
Figuur 5.45: Motorrem door hydraulische aansturing op tuimelaar [ 28 ]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 77/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
Een fabrikant van motorremmen is Jacobs Vehicle Systems: [ 28 ]
5.1.3 Transmissie eenheid
Bij een hydraulisch remsysteem bestaat uit de transmissieeenheid uit:
Een hoofdremcilinder;
Eventueel een rembekrachtiger;
Eventueel een remdrukregelaar;
Eventueel een ABS module;
Eventueel een ESP module.
De dimensionering hiervan wordt in de volgende paragraaf uitgewerkt. De meeste
personenauuto’s maken hiervan gebruik.
Daarnaast wordt de handrem mechanisch via een een kabel gerealiseerd, zie paragraaf
5.1.3.2 en 5.1.4.2.
In bedrijfswagens en bussen komen meerdere systemen voor: pneumatisch en gemengd
pneumatische/hydraulisch. Deze worden behandeld in paragraaf 5.1.3.3.
Tot slot zullen komen de nieuwe varianten aan de orde, zijnde een elektrohydraulisch
remsysteem en elektromechanisch remsysteem, zie paragraaf 5.1.3.4.
Paragraaf 5.1.3.5 behandelt regelsystemen.
Figuur 5.46: Motorrem door klep in uitlaatsysteem [ 28 ]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 78/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
5.1.3.1 Hydraulische transmissie
De systeembeschrijving van de hydraulische transmissie is weergegeven in Figuur 5.47.
De ingaande en uitgaande arbeid zijn gedefinieerd als kracht*verplaatsing.
In de transmissie treden verliezen op ten gevolge van wrijving. (Fw) en drukverlies in
leidingen (pverlies)
In de keten van ingaande naar uitgaande verplaatsing heeft men ook te maken met
volumeveranderingen ΔV ten gevolge van de vloeistof druk. In concreto:
In de leidingen
In de slangen
In de cilinder
In de vloeistof
Richtwaarden voor remsystemen worden gegeven in paragraaf 5.1.3.1.2.
Tenslotte wordt doorgaans een veer toegepast om bij het weghalen van de kracht de
cilinder weer in de beginpositie te brengen.. Deze veer kan in één of beide cilinders
geplaatst worden.
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 79/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
5.1.3.1.1 Basisprincipes cilinders
In de hoofdvorm maakt men onderscheid tussen enkelwerkende en dubbelwerkende
cilinders. Ze hebben tot taak lasten te verplaatsen. De kracht die uitgeoefend wordt is het
produkt van de oliedruk en het oppervlakte van de zuiger. De druk in het systeem kan
daarbij alleen oplopen indien wanneer er een kracht uitgeoefend kan worden.
De verschillende constructieve uitvoeringen van hydrocilinders zijn bijeengebracht in het
overzicht in Figuur 5.48
2: systeem naar functies
Fin
Figuur 5.47: Generieke systeembeschrijving hydraulische transmissie
cilinder
Oppervlakte
S in * Fw
sin
cilinder
Oppervlakte
p
V-ΔV
Fuit
Suit
S uit * Fw
pverlies *V
Verliezen aan arbeid in keten
Uitgaande
arbeid Ingaande
arbeid
∫Fv.dsin
∫Fv.dsuit
∫V.dp
Opgeslagen arbeid in keten
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 80/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
.
De constructie van een hydrocilinder is weergegeven in Figuur 5.49, de benaming en
begrippen in Figuur 5.50.
Figuur 5.48: Indeling hydrocilinders naar werking, uitvoering en bevestiging [ 29]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 81/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
Berekeningen aan hydrocilinders [ 29]:
1. Zuigerkracht F
2. Zuigersnelheid v
3. Hydraulische kracht- en druk-omzetting
4. Drijfstangberekening op knik
Ad 1. Zuigerkracht F
Figuur 5.50: Hydrocilinder; benamingen en begrippen [ 29]1=aansluitpoort aan bodemzijde;
2=aansluitpoort aan stang-(deksel)-zijde; 3=bodemzijde; 4=stang-(deksel)-zijde;
5=zuigeroppervlak; 6=ringvormig zuigeroppervlak; 7=zuigerstangoppervlak.
Figuur 5.49: De constructie van een hydrocilinder [ 29]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 82/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
Werkt op een zuiger een uitwendige kracht (F) dan ontstaat in een afgesloten
cilinderruimte achter de zuiger, een druk p (Figuur 5.51).
Omgekeerd kan deze kracht F ook een last zijn die met behulp van de uit een pomp
toestromende volumstroom qv moet worden overwonnen. Daardoor ontstaat (in de
cilinderruimte) een druk p die zich in alle richtingen gelijkmatig voortplant, ook naar
zuigervlak Az. De zuiger zelf kan daardoor een kracht uitoefenen op de omgeving
(bijvoorbeeld op de last);
zth ApF . ( 5.26 )
Hierin is Fth = de theoretische zuigerkracht.
Om te maken dat de zuiger zich werkelijk verplaatst, moet de zuigerkracht oak nag een
wrijvingskracht Fw en – bij enkelwerkende cilinders met een terugbreng-veer – de
veerkracht Fv overwinnen.
Daardoor gelden voor de effectieve zuigerkracht Fe de volgende formules:
- enkelwerkende cilinder: vwe FFApF . ( 5.27 )
- dubbelwerkende cilinder: we FApF . ( 5.28 )
Bij de uitgaande slag is het effectieve zuigeroppervlak (bodemzijde) bij een enkele (niet-
doorlopende) zuigerstang:
2.4
DAz
( 5.29 )
Figuur 5.51: de grootheden van een hydrocilinder [ 29]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 83/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
bij de ingaande slag is het effectieve zuigeroppervlak aan de stang-(deksel-)zijde:
22.4
dDAz
( 5.30 )
(N.B. Deze formule geldt ook voor de bodemzijde van een cilinder met een doorlopende
zuigerstang)
Voorbeeld: dubbelwerkende cilinder (enke/e zuigerstang)
Gegeven: D = 100 mm
d = 45 mm
Fw = 10% van Fth = 0,1.Fth
p = 10 Mpa
Te berekenen : Fe
Berekening:
Zuiger-oppervlak
bodemzijde: 2422
1 10.54,781,0.4
.4
mDA
dekselzijde; ringvormig zuiger-oppervlak
242222
2 10.64,62045,01,0.4
.4
mAdDA z
Zuigerkracht bij de uitgaande slag
7854010.54,78.10.10. 46
1 ApFth N
7854.1,01 thw FF N
706867854785401 wthe FFF N
Zuigerkracht bij ingaande slag
6264010.64,62.10.10. 46
2 ApFth N
6264.1,02 thw FF N
563766264626402 wthe FFF N
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 84/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
Ad 2. Zuigersnelheid v
De snelheid van de uitgaande resp. de ingaande slag wordt uitsluitend bepaald door de
snelheid waarmee de van de pomp komende olie-volumestroom qv het slagvolume V van
de hydrocilinder vult; dit geldt bij verwaarlozing van de volumetrische verliezen.
Hier geldt de volgende betrekking:
Volumestroom = slagvolume per tijdseenheid (qv = V/t)
Hierin is het slagvolume het produkt van zuigeroppervlak en zuigerslag (V = A.s), zodat
de volumestroom qv = A.s/t.
Nu is het quotient s/t gelijk aan de zuigersnelheid v zodat qv = A.v.
Omwerken van deze formule geeft voor de snelheid de formule: v = qv/A
Daar bij dubbelwerkende cilinders met enkele zuigerstang het ringvormige (effectieve)
zuigeroppervlak aan de stangzijde kleiner is dan het zuigeroppervlak aan de bodemzijde
is de ingaande (retour-)slag sneller dan de uitgaande slag.
Is zuigerslag s van de cilinder bekend, dan berekent men – afgeleid van de
snelheidsformule v = s/t – voor de tijdsduur t van de uitgaande, resp. de ingaande slag t =
s/v
Voorbeeld: dubbelwerkende cilinder
Gegeven: qv = 100 l/min =100.10-3
m3/s
D = 100 mm
d = 45 mm
h=400 mm (slag)
A1 = 78,54.10-4
m2 (zie vorig voorbeeld)
A2 = 62,64.10-4
m2 (zie vorig voorbeeld)
Te berekenen: v, t
Berekening: uitgaande slag
21,010.54,78
60
10.100
4
3
1
1
A
qv v m/s
9,121,0
4,0
1
1 v
ht s
teruggaande slag
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 85/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
266,010.64,62
60
10.100
4
3
2
2
A
qv v m/s
5,1266,0
4,0
1
1 v
ht s
Ad 3. Hydraulische kracht- en druk-omzetting
Figuur 2.32 geeft het principe van een krachtversterker.
De krachten verhouden zich als de zuigeroppervlakken; anders geformuleerd: een kleine
kracht op een klein oppervlak resulteert in een mediumdruk die - werkend op een groot
oppervlak - een grote kracht veroorzaakt.
Dus:
2
1
2
1
A
A
F
F ( 5.31 )
De hydraulische pers berust op dit principe, zie Figuur 5.52
Figuur 5.52: Krachtversterker [ 29]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 86/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
Bij drukversterking (Figuur 5.53) geldt:
2
1
2
1
A
A
p
p ( 5.32 )
5.1.3.1.2 Kenmerken hydraulische remsystemen
Hierbij is het van belang te bepalen hoe de ingaande kracht in de hoofdremcilinder wordt
vertaald in een druk in de remcircuits. We maken onderscheid in twee typen
hoofdremcilinders:
- Tandem hoofdremcilinder
- Getrapte hoofdremcilinder
Bij de eerste is de druk in beide circuits gelijk:
hrc
hrc
in
A
Fp . ( 5.33 )
Bij de getrapte hoofdremcilinder geldt voor het eerste circuit
hrc
hrchrc
hrc
inAA
AFp .
221
21
1
( 5.34 )
Voor het tweede circuit geldt:
Figuur 5.53: Drukversterker [ 29]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 87/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
hrc
hrchrc
hrc
inAA
AFp .
222
21
2
( 5.35 )
Omdat bij hydraulische remsystemen de verplaatsingen zo klein zijn is de resulterende
stijfheid van belang voor:
- Doseerbaarheid rem
- Trillingen (resonanties in het remsysteem)
Uit [ 22, pag 170] komen de volgende constanten voor de volumeverandering in de
hydraulische remsystemen
Component Vergelijking Eenheid Waarde
Leidingen
lp
V
.
Volume verandering
per meter leiding
mcm
N
cm
.2
3
0,55.10-4
Slangen
lp
V
.
Volume verandering
per meter leiding
mcm
N
cm
.2
3
4,4.10-4
Hoofdremcilinder
p
V
gegeven een
diameter van de
hoofdremcilinder
2
3
cm
N
cm
Zie onderstaand
- Diameter 19 mm 1,3 .10-4
tot 1,8.10-4
- Diameter 24 mm 1,7 .10-4
tot 2,0.10-4
- Diameter 25 mm 2,0 .10-4
tot 2,4.10-4
- Diameter 27 mm 2,4 .10-4
tot 2,8.10-4
Figuur 5.54: Tandem en getrapte hoofdremcinder [ 4]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 88/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
Remklauw
p
V
2
3
cm
N
cm
18,5 .10-4
Remvoering/blokjes
p
s
2cm
N
cm
25.10-6
Vloeistof hydhyd kV
p
V.
Voor khyd geldt
N
cm 2
5.10
-6
Een richtwaarde is voor de samengestelde samendrukbaarheid ΔV/ Δp is 45.10-4
[cm5/N]
hydrpV .10.45 4 met de eenheden [cm3] en [N/cm
2]
Rekenvoorbeeld:
Phydr = 100 bar = 100 .105 N/m2=1000 N/cm
2
Hieruit volgt ΔV=45.10-1 cm3=4,5 cm
3 , bij Azuiger=3 cm
2 is verplaatsing in de
hoofdremcilinder voor het opbouwen van de druk 1,5 cm.
In de praktijk is dus een belangrijk deel van de pedaalslag nodig voor de samendrukken
opbouwen van de remdruk en een klein deel nodig voor het verplaatsen van de
remblokken cq remschoenen!
5.1.3.2 Mechanische transmissie
Bij een mechanische transmissie geldt voor de aangebrachte kracht Ft op de remklauw cq
wielremcilinder:
inmecht FiF . ( 5.36 )
De mechanische overbrenging imech wordt gerealiseerd door hefboomverhoudingen in de
mechanische transmissie.
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 89/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
5.1.3.3 Pneumatische en pneumatisch/hydraulische transmissie
Pneumatische en hydraulische systemen zijn aan elkaar verwant. Pneumatische systemen
in de voertuigtechniek worden met name toegepast op bedrijfswagens en bussen:
Pneumatisch remsystemen: luchtdrukremmen
Pneumatisch veersystemen: luchtvering
Dit hoofdstuk gaat als eerste in op de opbouw van pneumatische systemen en behandelt
dan de genoemde toepassingen aan de hand van een gecombineerd pneumatisch systeem
van remmen en veren. Aan de orde komen
Principes
Indeling reminstallaties
Beschrijving van installaties, constructieve verschillen tussen hydraulische en
pneumatische systemen
De basistekst is afkomstig uit [ 31]. Het deel pneumatische systemen in deze reader is
bedoeld als inleiding. In de genoemde bron en de daaraan gekoppelde bron [ 30] is meer
gedetailleerde informatie te vinden over met name de werking van de componenten. Een
korte beschrijving5 van het principe van de belangrijkste componenten uit [ 30] is
opgenomen in de volgende paragraaf.
5.1.3.3.1 Principes
Op een vergelijkbare wijze als bij hydraulische systemen kan iedere reminstallatie
onderverdeeld worden in drie basisonderdelen:
1. de energievoorziening;
2. de bedieningsinstallatie;
3. de overbrengingsinstallatie;
De bedieningsinstallatie stuurt de energiestroom van de energievoorziening via de
overbrengingsinstallatie naar de aan het wiel werkzame rem. In Figuur 5.55 en Figuur
5.56 is de opbouw van het systeem weergegeven in zowel ‘herkenbare plaatjes’ als
grafische symbolen.
5 Vanuit deze kennis zijn er diverse constructieve uitvoeringen mogelijk. De beschrijving hiervan zijn weer
hoofdstukken op zichzelf en niet relevant in het kader van het kennismaken met pneumatische systemen.
Mocht je een vraagstelling in dit kader krijgen dan kan je op basis van deze inleiding, waarin je de
algemene principes leert, en een gezond technisch inzicht hierop verder studeren. Zie [ 30]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 90/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
Figuur 5.55: Reminstallatie weergegeven in produkt”foto’s” [ 31]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 91/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
Ad 1. de energievoorziening
De energievoorziening levert de voor het remmen benodigde energie. De componenten
die hierbij horen zijn:
De luchtcompressor
o Taak: het opwekken van de benodigde perslucht
o Opbouw: een zuigerpomp (zoals bij een zuigermotor)
o Werking: per omwenteling van de krukas één keer aanzuigen en één keer
comprimeren. Er worden ‘tongkleppen’ toegepast. Deze openen
automatisch aan de hand van een drukverschil tussen beide zijden van de
tong.
De drukregelaar
Figuur 5.56: Reminstallatie weergegeven in symbolen [ 31]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 92/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
o Taak: het doorvoeren van de toestromende lucht van de compressor naar
de luchttanks of de vrije atmosfeer.
o Opbouw: in de drukregelaar zijn de functies verwerkt van drukregelaar,
luchtfilter, veiligheidsventiel en bandenvulinstallatie.
o Werking: onderscheid wordt gemaakt tussen Vulstand, vrijloopstand,
bandenvullen (in combinatie met de vulstand) en het vullen van de
reminstallatie door een vreemde (externe) persluchtinstallatie
De remuitrusting van bedrijfsauto’s kan uitsluitend op persluchtbedrijf gebaseerd zijn,
maar zij kan ook door meerdere energiesoorten worden verzorgd, bijvoorbeeld een
vrachtauto met een luchtdrukbedrijfs- en hulpreminstallatie en een door spierkracht
bediende blokkeerreminstallatie.
Ad 2. de bedieningsinstallatie (bedieningseenheid)
Deze omvat die delen van een reminstallatie die de werking van de installatie sturen, en
eindigt daar, waar de overbrenging van energie – nodig voor de spankrachten aan de
remmen – begint. Bij luchtdrukreminstallaties wordt de bedieningsinstallatie òf door de
voertuigbestuurder (kortweg de ‘bestuurder’) via het rempedaal respectievelijk de
handremhefboom òf zelfstandig, door bijvoorbeeld het losraken van het
aanhangervoertuig (kortweg de ‘aanhanger’) geactiveerd.
De componenten zijn:
Het bedrijfsremventiel
o Taak: Het aansturen van de remcircuit(s) vanuit het rempedaal
o Opbouw: Een zuiger die zicht verplaatst evenredig met de slag van het
rempedaal
o Werking: afhankelijk van de slag van het pedaal wordt onderscheid
gemaakt tussen, rijstand (geen remming), deelremming (druk < druk in de
voorraadtanks) en volremming (druk = druk voorraadtanks). Bij
deelremming werkt het ventiel als ‘drukregelaar’ en stroomt de druk naar
de remcircuits tot de gewenste druk is bereikt (waarna de
doorstroomopnening zich weer sluit). Bij volremming opent zich een
andere doorstroomopening en blijft deze openstaan zolang als de
volremming duurt.
Net als bij een (tandem)hoofdremcilinder bij personenauto’s wordt in het
bedrijfremventiel ook de scheiding van de remcircuit gerealiseerd.
Het blokkeerremventiel
o Taak: Het aansturen van de blokkeerreminstallatie
o Opbouw: Een zuiger die zicht verplaatst evenredig met de stand van de
bedieningshefboom
o Werking: Er wordt onderscheid gemaakt tussen een tweestandenventiel
(rijden (veeropslagcilinder belucht6) en blokkeren (veeropslagcilinder
ontlucht)) voor solo-voertuigen en een driestandenventiel (extra stand:
teststand7 waarbij alleen het trekkende voertuig wordt geremd)
Ad 3. de overbrengingsinstallatie (transmissie eenheid) 6 Zie werking combiremcilinder
7 Ten behoeve van het testen van de remmende werking van het trekkende voeruig op een helling
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 93/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
Tot de overbrengingsinstallatie van een reminstallatie behoren die delen, via welke
energie naar de remmen wordt gebracht. Ze begint bij het rempedaal of de remhefboom
en eindigt bij de wielrem. Componenten zijn:
Het vierkringsbeschermventiel
o Taak: Drukbeveiling van de afzonderlijke circuits (bij vierkrings:
gescheiden hoofdremcircuit, blokkeerremcircuit en
nevenverbruikerscircuit
o Opbouw: Een samenspel van terugslagklepjes die zich verder openen als
de druk aan beide zijden hoger is.
o Werking: Valt een circuit uit, dan werkt de de drukbeveiliging zo dat er
minder of geen druk gaat naar de defecte circuits.
De luchttank
o Taak: Het opslaan van gecomprimeerde lucht
o Opbouw: De tank heeft drie aansluitingen: perslucht (toevoer en afvoer) en
een condenswateraftapplug
o Werking: Spreekt voor zich
De wateraftapklep
o Taak: Aftappen van condenswater (corrosie en bevriezing voorkomen)
o Opbouw: handbediende (trekring en klepje) en automatisch (twee kamers
gescheiden door een membraan, in rust beiden gelijke druk, bij
luchtverbruik wordt de druk in een van de twee kamers lager waardoor een
opening naar de buitenlucht wordt geopend en automatisch wordt
ontlucht)
o Werking: Zie vorige punt.
De remkrachtregelaar (pneumatisch)
o Taak: Hetr regelen van de remkracht(druk) afhankelijk van de
beladingstoestand
o Opbouw: De remkrachtregelaar is bevestigd op het chassis en het uiteinde
van de hefboom aan de wielophanging.
o Werking: Deze is complex. Er wordt onderscheid tussen het regelen van de
verhouding ingaande druk en uitgaande druk (afhankelijk van de
beladingstoestand) en het regelen van de druk zelf.
De remcilinder (pneumatisch: membraancilinder)
o Taak: Het omzetten van een pneumatische druk in een mechanische
kracht.
o Opbouw: De naam membraancilinder zegt al wat over de op opbouw. Lijkt
enigzins op een remkrachtiging bij personenauto’s
o Werking: Aan de ene zijde van het membraan wordt druk opgebouwd en
daardoor zal de drukstang die aan de rem verbonden is naar buiten gaan
bewegen tegen een drukveer in (om de rem te ontlasten zodat de
remschoenen weer vrij komen te staan)
De combiremcilinder
o Taak: Idem remcilinder en daarbij het aanbrengen van de
blokkeerremkracht
o Opbouw: Een membraancilinder in serie met een mechanische veer.
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 94/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
o Werking: Indien het systeem drukloos is duwt de mechanische veer de
drukstang naar buiten en is de blokkeerrem (handrem) ingeschakeld.
Indien er wel systeemdruk aanwezig is zal door middel van deze druk de
nechanisch drukveer ingedrukt worden waardoor hiermee geen kracht
meer uitgeoefend kan worden op de drukstang. Hiermee kan via de andere
drukkamer de drukstang bediend worden als bij een membraancilinder.
5.1.3.3.2 Indeling reminstallaties
Reminstallaties kunnen naar vier kenmerken worden ingedeeld, namelijk naar:
1. Het toepassingsdoel
2. De gebruikte energiesoort
3. De soort overbrengingsinstallatie
4. Het aantal verbindingsleidingen bij voertuigcombinaties
Ad 1. het toepassingsdoel
Op grond van de wettelijke voorschriften wordt bij bedrijfsauto’s onderscheid gemaakt
tussen:
bedrijfsinstallaties (BBA)
Met de bedrijfsreminstallatie (‘voetrem’) kan op de eerste plaats de snelheid van
het voertuig worden verminderd, respectievelijk bij afdalingen constant worden
gehouden en op de tweede plaats kan het voertuig tot stilstand worden gebracht.
Deze installatie wordt bij normaal bedrijf van het voertuig gebruikt. Ze kan
traploos met de voet worden bediend en werkt op alle wielen
hulpreminstallaties (HBA)
Bij het falen van de bedrijfsreminstallatie moet de hulpreminstallatie deze beide
taken met verminderde werking overnemen. De hulpreminstallatie hoeft geen
onafhankelijke derde reminstallatie (naast de bedrijfs- en blokkeerreminstallatie)
met een afzonderlijke bedieningsinrichting te zijn. Als hulpreminstallatie mag òf
het intact zijnde remcircuit van een dubbelcircuit-bedrijfsreminstallatie òf een
doseerbare blokkeerreminstallatie worden gebruikt.
blokkeerreminstallaties (FBA)
De blokkeerreminstallatie (‘handrem’, ‘parkeerem’) neemt de derde taak van de
reminstallatie op zich. Ze moet het voertuig bij stilstand vasthouden, ook op een
helling en bij afwezigheid van de bestuurder. Uit veiligheidsoverwegingen moet
de blokkeerreminstallatie bij uitvallen van de pneumatische of hydraulische
energie volledig werkzaam blijven. Daarom moet er een doorgaande mechanische
verbinding tussen de energievoorziening en de wielrem bestaan, bijvoorbeeld
door stangen of een trekkabel tussen de handremhefboom en de wielrem of door
een veercilinder die met de wielrem mechanisch zijn verbonden. De
blokkeerreminstallatie wordt bij het trekkende voertuig vanuit de
bestuurdersplaats bediend, in de regel door een handremhefboom en bij
aanhangers door een aan de aanhanger gemonteerde handremhefboom. Deze
werkt op de wielen van een as. Er zijn doseerbare en niet-doseerbare
blokkeerreminstallaties
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 95/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
Ad 2. de gebruikte energiesoort
Afhankelijk van het feit of een reminstallatie geheel of gedeeltelijk of helemaal niet door
spierkracht wordt bedreven onderscheidt men:
spierkrachtinstallaties
Bij deze deze in personenauto’s en lichte bedrijfsauto’s voorkomende installatie
wordt de aan het voetpedaal of aan de handremhefboom werkzame spierkracht òf
mechanisch òf hydraulisch op de remmen overgedragen
hulpkrachtreminstallaties
Deze installatie wordt in personenauto’s en lichte tot middelzware bedrijfsauto’s
toegepast. Hierbij wordt de spierkracht in de remversterker door een hulpkracht –
die door luchtdruk, vacuüm of hydraulische vloeistof wordt opgewekt – versterkt.
De overbrenging naar de wielremmen kan mechanisch of hydraulisch gebeuren.
Vanwege de doorgaande verbinding van de bedieningsinstallatie tot aan de rem
kan het voertuig ook bij uitvallen van de hulpkracht nog met spierkracht worden
geremd, echter met geringere remwerking respectievelijk grotere
krachtinspanning.
vreemde-kracht reminstallaties
Zware bedrijfsauto’s zijn uitgerust met een vreemde-kracht reminstallatie. Hierbij
wordt het voertuig uitsluitend door een vreemde kracht doe door luchtdruk,
vacuüm of hydraulische vloeistof wordt opgewekt, geremd. De spierkracht van de
bestuurder dient alleen nog voor het sturen van de installatie en kan bij het
volledig uitvallen van de energie geen remkrachten leveren. Voor vreemde-kracht
reminstallaties maken we onderscheid in 4 typen (volgens deze bron8)
o Hydraulische hulpkracht- of vreemdekracht reminstallaties
Deze installatie werkt met hydraulische energie (vloeistofdruk) en met
hydraulische overbrenging. De hydraulische vloeistof wordt in energie-
opslagplaatsen (hydro-accumulatoren) waarin gas (meestal stikstof) is
samengeperst, opgeslagen
Gas en vloeistof zijn door een elastische membraan
(membraanaccumulator) of door een zuiger met rubberafdichting
(zuigeraccumulator) van elkaar gescheiden. Een hydropomp wekt de
vloeistofdruk op die in de accumulator steeds met de gasdruk in evenwicht
is. Een drukregelaar schakelt de hydropomp om vrijloop wanneer de
maximale druk is bereikt.
Als bedieningsinstallatie dient bij een vreemde-kracht installatie een
remventiel, bij een hulpkrachtreminstallatie een remversterker.
Voordelen: anders dan bij luchtdruk is de hydraulische vloeistof praktisch
niet samendrukbaar, dat wil zeggen het volume verandert niet als de
vloeistof onder druk wordt gezet. Daardoor kunnen kleine hoeveelheden
hydraulische vloeistof hoge drukken overbrengen, waardoor de apparaten
kleiner kunnen worden'gebouwd dan bij de luchdrukreminstallatie.
8 Brake by wire: elekromechanisch remmen, bestond toen nog niet
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 96/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
Nadelen: bij een lekkende installatie vloeit er hydraulische vloeistof weg,
wat tot een uitputting van de energie-overdracht leidt. Aanhangers worden
bijna nooit met hydraulische installaties uitgerust, omdat de overbrenging
van de hydraulische vloeistof van het trekkende voertuig naar de
aanhanger door lekverliezen, vervuilingsgevaar en luchtinsluitingen bij het
koppelen moeilijkheden kan opleveren.
o Pneumatische hulpkracht of vreemdekracht reminstallatie
Bij deze installatie wordt pneumatische energie in de vorm van perslucht
of vacuüm toegepast. Deze energie werkt of in een remversterker (meestal
mechanisch, minder vaak hydraulisch bediend) of in, via remventielen
gestuurde remcilinders (met zuiger of membraan).
o Vacuümreminstallatie
Het vacuum wordt bij ottomotoren door een aansluiting op het
inlaatspruitstuk verkregen, bij dieselmotoren door vacuumpompen9. Bij de
aansluiting san het inlaatspruitstuk vormt zich, afhankelijk van de
zuigwerking van de motor, een vacuum van ongeveer 0,1 bar bij volgas,
tot ongeveer 0,5 bar bij stationairloop en ongeveer 0,7 bar, als de
bestuurder bij hoger motortoerental het gaspedaalloslaat, om het
rempedaal in te trappen.
Bij vacuümpompen is de hoogte van het vacuüm nagenoeg onafhankelijk
van het motortoerental; ongeveer 0,7...0,9 bar is bereikbaar.
De druk bij vacuuminstallaties wordt hetzij als absolute druk, hetzij als
negatieve overdruk aangegeven.
Voordelen: daar slechts weinig luchtvochtigheid in de installatie kan
binnendringen ('droog bedrijf’), is er in de winter geen bevriezingsgevaar.
Ondanks gering drukverschil spreken vacuum-reminstallaties snel aan,
omdat bij het tegenwoordig algemeen toegepaste tweekamerbedrijf, met
twee achter elkaar geschakelde zuigers, bij het rem men slechts kleine
luchthoeveelheden hoeven binnen te stromen.
Nadeel: vanwege het geringe drukverschil ten opzichte van de
atmosferische druk, zijn verhoudingsgewijs grote apparaten vereist om de
noodzakelijke remkracht op te wekken.
o Luchtdrukreminstallaties
De perslucht wordt in een een- of meertraps lucht- of vloeistofgekoelde
compressor, die door de automotor wordt aangedreven, opgewekt. De
drukregelaar schakelt de compressor, die bij lopende motor voortdurend
lucht aanzuigt, op drukopvoering of op vrijloop. Bij vrijloop wordt de
lucht vrij in de atmosfeer geblazen.
Bij luchtdrukreminstallaties wordt de druk als overdruk aangegeven. Men
onderscheidt lage-druk installaties (p < 10 bar) en hoge-druk installaties (p
> 10 bar).
Voordeel: door het grotere drukverschil ten opzichte van de atmosfeer
kunnen de apparaten kleiner worden gebouwd als bij vacuum-installaties,
omdat kleinere vlakken met hogere druk al voldoende grote remkrachten
veroorzaken. 9 Vanwege ontbreken smoorklep bij dieselmotoren
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 97/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
Nadelen: daar er zich condenswater in de installatie kan vormen, zijn
bijzondere voorzieningen tegen bevriezen in de winter nodig. Bij hoge-
druk luchtdrukreminstallaties met drukbegrenzing is waterafscheiding
gemakkelijker mogelijk dan bij andere luchtdrukinstallaties.
Ad 3. de soort overbrengingsinstallatie
Hier zijn er twee varianten:
o Eenkrings-reminstallatie (zie Figuur 5.57)
In het eenvoudigste geval wordt de remenergie via een enkele
overbrengingsinstallatie - gewoonlijk het remcircuit genoemd - op alle rem men
overgebracht. Men spreekt dan van een eenkrings-reminstallatie. Treedt bij zo'n
reminstallatie een defect op, dan is de gehele reminstallatie buiten werking. Hier
worden hoofdzakelijk tweekrings-reminstallaties behandeld, daar alleen deze in
de EEG-landen zijn toegelaten.
o Tweekrings-reminstallatie (zie Figuur 5.58)
Ter verhoging van de bedrijfszekerheid wordt de overbrengingsinstallatie van de
bedrijfsreminstallatie tweekrings uitgevoerd. Bij bedrijfsauto's worden hierbij in
de regel de vooras- en achterasremcilinder ieder door een onafhankelijk
remcircuit aangestuurd. Valt bij een tweekrings-bedrijfsreminstallatie een van de
beide remcircuits uit, dan werkt het intact gebleven andere circuit nog. Het
eventueel overblijvende deel van een tweekrings-bedrijfsreminstallatie kan, bij
voldoende werking, als hulpreminstallatie dienen.
Figuur 5.57: Het principe van een eenkrings-reminstallatie [ 31]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 98/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
Ad 4. het aantal verbindingsleidingen bij voertuigcombinaties
Bij voertuigcombinaties (trekkend voertuig met aanhanger of oplegger) bevindt zich in
het trekkende voertuig een extra inrichting voor de energievoorziening en aansluiting
van de aanhangerremuitrusting, daar de remenergie en de stuurimpulsen voor de
remmen van het getrokken voertuig door het trekkende voertuig moeten worden
overgebracht. De overbrenging tussen beide voertuigen gebeurt - zoals de naam
zegt - bij eenleidingsinstallaties door één en bij meerleidingsinstallaties, bijvoorbeeld
bij tweeleidingsinstallaties, door twee of meer leidingen”
o Eénleidingsreminstallatie
Bij eenleidingsreminstallaties gebeurt het vullen van de energie-accumulator
(luchttank) in de aanhanger - dus de voorziening van remenergie -, en de sturing
van de aanhangerremmen, via het aanhangerremventiel dat door drukval wordt
bediend, door een leiding.
Een nadeel bij deze eenleidingsreminstallaties is, dat gedurende het remmen geen
voorraadlucht naar de aanhanger kan stromen. Continu remmen op lange
bergafdalingen kan de luchtdrukvoorraad in de energie-accumulator van de
aanhanger uitputten. Om deze reden worden in in Europese landen aanhangers
met eenleidingsreminstallaties nog slechts beperkt toegelaten10
.
Hier worden verder alleen de tweeleidingsreminstallatie beschreven.
o Tweeleidingsreminstallatie
Bij tweeleidingsreminstallaties zijn beide delen van een voertuigcombinatie door
10
Gezien de datum van de druk is het wellicht inmiddels een niet meer toegepaste uitvoering
Figuur 5.58: Het principe van een tweekringsreminstallatie [ 31]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 99/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
twee leidingen met elkaar verbonden: een voorraadleiding en een remleiding, die
met druktoename werkt. Daar in de voorraadleiding voortdurend perslucht als
aanvulling naar de luchttank van de aanhanger kan stromen, is de reminstallatie
van de aanhanger niet uitputbaar. Meestal zijn de koppelingen van beide leidingen
zo geconstrueerd, dat voorraad- en remleiding niet verwisseld gekoppeld kunnen
worden. Rukt de aanhanger zich los van het trekkende voertuig, dan zorgt de in de
voorraadleiding optredende drukval voor het remmen van de aanhanger.
5.1.3.3.3 Beschrijving van installaties
Dit gedeelte beschrijft het gebruik, de bouw en de werking van enige
luchtdrukreminstallaties met toenemende apparatuuromvang.
ledere reminstallatie wordt volgens een bouwdoossysteem uit apparaatgroepen
samengesteld (voor zover van toepassing):
Apparaatgroep A: persluchtvoorziening (persluchtopwekking en -opslag);
Apparaatgroep B: bedrijfsinstallatie;
Apparaatgroep C: blokkeerreminstallatie;
Apparaatgroep D: aanhangersturing;
Apparaatgroep E: luchtvering;
Apparaatgroep F: deurbediening.
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 100/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
De apparaatgroepen A tot en met C vormen de 'basisuitrusting' en zijn in iedere
luchtdrukinstallatie aanwezig. Daarentegen komen de andere apparaatgroepen
slechts dan voor, als het voertuig een uitrusting voor aanhangerbedrijf heeft, als het
luchtgeveerd is of als de deuren pneumatisch worden bediend.
Figuur 5.59: Indeling apparatengroepen [ 31]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 101/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
In de schema's van de zeven luchtdrukreminstallaties zijn de afzonderlijke appa-
raten door grafische symbolen volgens DIN 74253 voorgesteld. In het [13]de werking
van de apparaten beschreven. De bij de grafische symbolen gebruikte aansluitgegevens
volgens DIN 74254 hebben in het
eerste cijfer de volgende betekenis:
0 aanzuigaansluiting
1 energietoevoer
2 energie-afvoer (niet voor afvoer naar atmosfeer; zie kenmerk 3)
3 aansluiting atmosfeer
4 stuuraansluiting (ingang aan het apparaat)
5 vrij
6 vrij
7 antivriesmiddelaansluiting
8 smeerolie-aansluiting luchtcompressor
9 koelwateraansluiting luchtcompressor
Een tweede cijfer is aanwezig als meerdere gelijksoortige aansluitingen aanwezig
zijn, bijvoorbeeld:
21 energie-afvoer naar de energie-accumulator (persluchttank).
22 energie-afvoer (schakelaansluiting).
Als een aansluiting meerdere functies kan vervullen, dan moet die door twee (eerste)
cijfers worden gekenmerkt. Deze worden door een horizontale streep
gescheiden, bijvoorbeeld:
1-2 naar keuze energietoevoer of energieafvoer.
Voor de leidingen en de verbindingen tussen de afzonderlijke apparaten worden ook
grafische symbolen volgens DIN 74253 gebruikt:
Figuur 5.60: Symbolen leidingen in pneumatische systemen [ 31]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 102/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
Niet alle hier beschreven reminstallaties zijn 'zuivere' luchtdrukreminstallaties. Zoals in
de praktijk gebruikelijk. komen bij de reminstallaties voor lichte solo-voertuigen
(bedrijfsvoertuigen zonder extra voorziening voor aanhangerbedrijf) en bij aanhan-
gerreminstallaties hydraulische respectievelijk mechanische bedienings- en
overbrengingsinstallaties voor.
5.1.3.3.3.1 Eenkrings-, hulpkracht-, luchtdrukreminstallaties (Iage druk) met
mechanische blokkeerrem
Voor bedrijfsvoertuigen zonder aanhangerbedrijf met een toelaatbaar totaalgewicht tot
circa 5 ton.
Opbouw
De reminstallatie 1 bestaat uit drie apparaatgroepen. De persluchtvoorziening
(apparaatgroep A) wekt perslucht op met lage druk (8 bar), slaat deze lucht op en levert
deze via een perslucht-voorraadcircuit aan de bedrijfsreminstallatie (apparaatgroep
B), waar de perslucht de voetkracht van de bestuurder bij het remmen versterkt. De
bedrijfsreminstallatie werkt via twee hydraulische remcircuits in de wielremmen van alle
assen, terwijl de blokkeerreminstallatie (apparaatgroep C) via stang en op de wielremmen
van de achteras werkt.
Werking
Persluchtvoorziening (A)
Figuur 5.61: Eenkrings-, hulpkracht-, luchtdrukreminstallaties (Iage druk) met mechanische
blokkeerrem [ 31]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 103/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
De door de luchtcompressor (1) aangezogen en gecomprimeerde lucht wordt via een op
lage druk (8 bar) ingestelde drukregelaar (2), die de hoogte van de luchtdruk in de
luchttank (3) bepaalt, naar de luchttank gevoerd en daar opgeslagen. Als de druk onder
een minimum waarde komt, schakelt de controleschakelaar (5) een akoestisch of een
optisch waarschuwingssignaal in.
Condenswater, dat zich in de luchttank verzamelt, kan met de handbediende of
automatische wateraftapklep (4) worden afgetapt.
Bedrijfsreminstallatie (B)
De bedrijfsreminstallatie werkt volgens het principe van een pneumatische
hulpkrachtreminstallatie met hydraulische overbrengingsinstallatie. Ze wordt door de
bestuurder via het rempedaal bediend en werkt op de wielremmen van de voor- en
achteras.
In de remversterker (6), een combinatie van remventiel en remcilinder, wordt de
voetkracht van de bestuurder door perslucht - die als hulpkracht werkt - versterkt.
Daarbij neemt de remkracht versterkende perslucht, die vanuit de luchttank (3)
toestroomt, in dezelfde verhouding als de voetkracht verandert toe of af. De door de
stift van de remkrachtversterker afgegeven mechanische kracht wordt in de aange-
flensde tandem-hoofdremcilinder (7) in een hydraulische kracht omgezet en via een
hydraulisch remcircuit naar de wielcilinders (8) van de voor- en achteras overgebracht.
Hulpreminstallatie
Bij het uitvallen van het perslucht-voorraadcircuit of van een hydraulisch remcir-
cuit, werkt de bedrijfsreminstallatie als hulpreminstallatie; bij het uitvallen van de
perslucht werkt dele volgens het principe van een spierkrachtreminstallatie. De dan
niet meer door perslucht versterkte voetkracht van de bestuurder en de werking
van het intact gebleven hydraulische remcircuit zijn voldoende voor de minimum af-
remming, die een hulpreminstallatie moet ontwikkelen. In tegenstelling tot de volgen-
de reminstallaties, die voor zwaardere voertuigen zijn bestemd, is hier een
persluchtvoorraadcircuit voldoende om de bedrijfsreminstallatie ook als
hulpreminstallatie te kunnen gebruiken.
Blokkeerreminstallatie (C)
De blokkeerreminstallatie werkt volgens het principe van een spierkrachtreminstallatie.
Ze wordt door de bestuurder met behulp van de handremhefboom (9) bediend en werkt
via stangen op de wielremmen van de achteras.
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 104/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
5.1.3.3.3.2 Tweekrings-, vreemdekracht-, luchtdrukreminstallaties (Iage druk) met
mechanische blokkeerrem
Voor bedrijfsauto's oander aanhangerbedrijf met een toelaatbaar totaalgewicht van
6 tot 9 ton.
Opbouw
loals bij de reminstallatie 1 zijn er drie apparatengroepen: persluchtvoorziening (A),
bedrijfsreminstallaties (8) en blokkeerreminstallatie (C). Ten opzichte van de remin-
stallatie 1 bestaan de volgende verschillen:
Twee perslucht-voorraadcircuits. (in plaats van een perslucht-voorraadcircuit).
Tweekrings-beschermventiel (extra).
Waarschuwingsdrukaanwijzing.(in plaats van de controleschakelaar).
Tweekrings-remapparaat. (in plaats van de remversterker).
Figuur 5.62: Tweekrings-, vreemdekracht-, luchtdrukreminstallaties (Iage druk) met mechanische
blokkeerrem [ 31]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 105/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
Werking
Persluchtvoorziening (A)
De van de luchtcompressor (1) aangezogen en gecomprimeerde lucht wordt via de op
lage druk (8 bar) ingestelde drukregelaar (2), die de hoogte van de luchtdruk in de
luchttanks (4) bepaalt, naar het tweekrings-beschermventiel (3) gevoerd.
Het tweekrings-beschermventiel verdeelt de van de drukregelaar toegestroomde
perslucht over twee perslucht-voorraadcircuits 21 en 22 en beveiligt deze ten opzichte
van elkaar, dat wil zeggen bij het uitvallen van een voorraadcircuit blijven
persluchtvoorraad en persluchttoevoer bij het onbeschadigde voorraadcircuit behouden.
Van het tweekrings-beschermventiel stroomt de perslucht naar de beide luchttanks (4) en
wordt daar opgeslagen. Bij het dalen onder een bepaalde minimumdruk gaat er een
optisch waarschuwingssignaal een naar de bestuurder. Condenswater dat zich in de
luchttanks verzamelt, kan door de handbediende of automatische wateraftapklep worden
afgetapt.
Bedrijfsreminstallatie (B)
De bedrijfsreminstallatie werkt volgens het principe van een pneumatische
vreemdekracht reminstallatie met hydraulische overbrengingsinstallatie. Ze wordt door
de bestuurder via het rempedaal bediend en werkt op de wielremmen van de voor- en
achteras van het voertuig. Hoe sterker de bestuurder het rempedaal intrapt, des te meer
perslucht stroomt uit de beide luchttanks (4) in het tweekrings-remapparaat (7). Dit
tweekrings-remapparaat is een combinatie van een tweekrings-bedrijfsremventiel en een
tweekrings-voorspancilinder en veroorzaakt daar een met de voetkracht van de bestuurder
overeen komende slag van de werkzuiger. Deze mechanische kracht wordt in de
aangeflensde tandemhoofdremcilinder (8) in een hydraulische kracht omgezet en via een
hydraulisch remcircuit naar de wielcilinders (9) van de voor- en achteras overgebracht.
Hulpreminstallatie
Bij het uitvallen van een perslucht-voorraadcircuit of van een hydraulisch remcircuit,
werkt de bedrijfsreminstallatie als hulpreminstallatie. Valt een perslucht-voorraadcircuit
uit, dan veranderen de aan de wielcilinders (9) overgebrachte remkrachten niet. Bij het
uitvallen van een hydraulisch remcircuit wordt alleen de met het intact gebleven
remcircuit verbonden voertuigas geremd, waarbij echter wel de voor een
hulpreminstallatie vereiste minimum afremming wordt bereikt.
Blokkeerreminstallatie (C)
De blokkeerreminstallatie werkt volgens het principe van een spierkrachtreminstallatie,
zoals in de voorgaande installatie 1. Deze wordt door de bestuurder door de
handremhefboom (10) bediend en werkt via stangen op de wielremmen van de achteras.
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 106/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
5.1.3.3.3.3 Tweekrings-, vreemdekracht-, luchtdrukreminstallaties (Iage druk) met
luchtvering, pneumatische deurbediening en blokkeerrem zonder stangen
Voor luchtgeveerde autobussen
Opbouw
De reminstallatie is uit vijf apparaatgroepen samengesteld. De energievoorziening
(apparaatgroep A) produceert perslucht met lage druk (8 bar), slaat deze op en
levert deze aan de bedrijfsreminstallatie (apparaatgroep B), aan de
blokkeerreminstallatie (apparaatgroep C), aan de luchtvering (apparaatgroep E)
en aan de deurbediening (apparaatgroep F).
Werking
Persluchtvoorziening (A)
De door de luchtcompressor (1) aangezogen en gecomprimeerde lucht wordt via de op
lage druk (8 bar) afgestelde drukregelaar (2), die de hoogte van de luchtdruk in de vier
luchttanks (5) bepaalt, naar de automatische antivriespomp (3) gevoerd, die naar behoefte
antivriesmiddel aan de perslucht toevoegt. Bij winterbedrijf leidt de drukregelaar iedere
Figuur 5.63: Tweekrings-, vreemdekracht-, luchtdrukreminstallaties (Iage druk) met luchtvering,
pneumatische deurbediening en blokkeerrem zonder stangen [ 31]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 107/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
keer dat er wordt ingeschakeld, een drukstoot naar de automatische antivriespomp en
stuurt daarmee het inspuiten van het antivriesmiddel, om het bevriezen van condenswater
in de reminstallatie te voorkomen. Van de antivriespomp stroomt de perslucht naar het
vierkrings-beschermventiel (4), dat dan de perslucht over vier perslucht-voorraadcir-
cuits verdeelt en deze ten opzichte van elkaar beveiligt: circuit 21 en 22 voor de be-
drijfsreminstallatie, circuit 24 voor de apparaatgroep luchtvering, deurbediening en
blokkeerreminstallatie alsook circuit 23, uitsluitend voor de blokkeerreminstallatie. De
controleschakelaars (7) veroorzaken bij het dalen van de druk onder een minimale
waarde een akoestisch of een optisch waarschuwingssignaal.
Condenswater dat zich in de luchttanks verzamelt, kan via de wateraftapkleppen (6)
worden afgetapt.
Bedrijfsreminstallatie (B)
De bedrijfsreminstallatie werkt als pneumatische vreemde-kracht reminstallatie op de
voor- en achteras van het voertuig. De bestuurder stuurt met zijn voetkracht de werking
van de bedrijfsreminstallatie. Hoe sterker hij het rempedaal aan het bedrijfsremventiel
intrapt, des te meer perslucht stroomt er uit de beide bij de bedrijfsreminstallatie
behorende luchttanks (5) via het bedrijfsremventiel naar de remcilinders (9) aan de
vooras en via het bedrijfsremventiel en relaisventiel (10) naar de membraan-
cilinders van de combicilinders (11) aan de achteras en veroorzaakt daar dienover-
eenkomstige zuigerslagen, die via de zuigerstangen op de wielremmen werken.
Blokkeerreminstallatie (C)
De blokkeerreminstallatie werkt als een pneumatische vreemde-kracht reminstallatie op
de achteras van het voertuig. Via de aansluitingen 23 en 24 van het
vierkringsbeschermventiel (4) wordt de blokkeerreminstallatie van perslucht voorzien.
Wanneer de bestuurder de handremhefboom van het in trappen regelbare
blokkeerremventiel (12) bedient, dan worden 2 leidingen ontlucht:
Van aansluiting 21 naar aansluiting 4 van het relaisventiel (13) en van daar naar
aansluiting 11 van het wisselventiel (14).
Van aansluiting 22 naar aansluiting 12 van het wisselventiel.
Door het ontluchten van aansluiting 4 van het relaisventiel kan de perslucht uit de
veeraccumulatoren van de combiremcilinder (11) via het wisselventiel en de ontluchting
van het relaisventiel naar atmosferische druk afvloeien; de veeraccumulatoren worden
ontlucht (remstand).
Bij het uitvallen van de stuurleiding tussen aansluiting 21 van het blokkeerremventiel en
aansluiting 4 van het relaisventiel kunnen de veeraccumulatoren van de
combiremcilinders via de leiding tussen aansluiting 22 van het blokkeerremventiel en
aansluiting 12 van het wisselventiel belucht, en daarmee in de rijstand worden gebracht.
Hulpreminstallatie (D)
Bij het uitvallen van de bedrijfsreminstallatie werkt de in trappen regelbare blokkeer-
reminstallatie als hulpreminstallatie.
Luchtvering (E)
Via aansluiting 24 van het vierkrings-beschermventiel (4) wordt de luchtvering van
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 108/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
perslucht voorzien. De luchtveerventielen (16} regelen de luchthoeveelheid in de
luchtveren (17) overeenkomstig de belading van het voertuig, dat wil zeggen
overeenkomstig de aslast van de voor- en achteras, en bewerkstelligen daardoor dat de
afstand tussen de voertuigopbouw en de rijbaan, onafhankelijk van de belading van het
voertuig, gelijk blijft.
Deurbediening (F)
De deurbediening wordt via aansluiting 24 van het vierkrings-beschermventiel (4) met
perslucht geregeld. Het elektrisch gestuurde magneetventiel (18) stuurt de werkcilinder
(20) voor de deurbediening. Deze werkcilinder is door twee leidingen met het
magneetventiel verbonden. Leiding 21 stuurt het openen, en leiding 22 het sluiten
van de deuren. Bij het uitvallen van de perslucht kunnen de deuren door bedie-
ning van de noodhefboom met de hand worden geopend.
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 109/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
5.1.3.3.3.4 Tweekrings-, tweeleiding-, vreemde-kracht-, luchtdrukrem installaties (Iage
druk) voor aanhangerbedrijf met blokkeerrem zonder stangen
Voor bedrijfsauto's voor aanhangerbedrijf met een toelaatbaar totaalgewicht van meer
dan 16 ton.
Opbouw
De reminstallatie is uit vier apparaatgroepen samengesteld. De persluchtvoorziening
(groep A) produceert perslucht met lage druk (8 bar), slaat dele op en levert dele aan de
bedrijfsreminstallatie (groep B), aan de blokkeerreminstallatie (groep C) en via de
aanhangersturing (groep D) aan de luchttanks van de aanhanger.
Werking
Persluchtvoorziening (A)
De persluchtvoorziening werkt op soortgelijke manier als bij de voorgaande
reminstallatie. Het vierkrings-beschermventiel (4) verdeelt de perslucht over vier
Figuur 5.64: Tweekrings-, tweeleiding-, vreemde-kracht-, luchtdrukrem installaties (lage druk) voor
aanhangerbedrijf met blokkeerrem zonder stangen [ 31]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 110/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
perslucht-voorraadcircuits; circuit 21 en 22 voor de bedrijfsreminstallatie, circuit 23 voor
de nevenverbruikers a en kring 24 voor de blokkeerreminstallatie en voor de aanhan-
gersturing.
Bedrijfsreminstallatie (B)
De bedrijfsreminstallatie werkt op soortgelijke manier als bij de voorgaande
reminstallatie 5. Voor de sturing van de bedrijfsreminstallatie van de aanhanger is het
bedrijfsremventiel (8) via de aansluitingen 21 en 22 ook met het aanhangerstuurventiel
(16) verbonden en stuurt daardoor naast de bedrijfsreminstallatie van het trekkende
voertuig ook de bedrijfsreminstallatie van de gekoppelde aanhanger. De mechanisch
geregelde remkrachtregelaar (10) past de remdruk voor de achteras automatisch aan de
aslast aan. Bij leeg voertuig wordt slechts een deel van de ingestuurde remdruk, bij
maximaal belast voertuig wordt daarentegen de volle druk op de zuigercilinders van de
combiremcilinder op de achteras overgebracht.
Blokkeerreminstallatie (C)
De blokkeerreminstallatie, die op de veeraccumulatoren van de combiremcilinders
(11) van de achteras werkt, werkt op dezelfde manier als bij de reminstallatie 3. Als
extra echter beveiligt het terugslagventiel (12) de blokkeerreminstallatie tegen
drukverlies in het perslucht-voorraadcircuit 24.
Bovendien is het blokkeerremventiel (13) via aansluiting 21 met het aanhangerstuur-
ventiel (16) verbonden en stuurt daardoor naast de blokkeerreminstallatie van het
trekkende voertuig ook de bedrijfsreminstallatie van de aanhanger, die zowel bij
een bedrijfsremming als bij een blokkeerremming van het trekkende voertuig wordt
aangestuurd. Daar aan het nevenverbruikerscircuit (perslucht-voorraadcircuit 23)
geen remcircuits mogen worden aangesloten, moeten de blokkeerreminstallatie en
de aanhangerreminstallatie gemeenschappelijk door het perslucht-voorraadcircuit 24 van
perslucht worden voorzien.
Aanhangersturing (D)
De reminstallatie van de aanhanger is een tweeleidingsinstallatie, dat wil zeggen dat
de aanhanger middels een voorraadleiding en een remleiding met de reminstallatie van
het trekkende voertuig verbonden is.
De energievoorziening van de aanhanger komt tot stand vanaf aansluiting 24 van het
vierkrings-beschermventiel (4) via aansluiting 11 van het met het aanhangerstuurwiel
(16) gecombineerde smoorventiel en via de aansluiting 1 van de koppelingskop
'voorraad' (17). De energievoorziening van het aanhangerstuurventiel komt tot stand
vanaf aansluiting 2 van de koppelingskop 'voorraad' (17) naar de aansluiting 12 van
het aanhangerstuurventiel.
Bij het bedienen van het bedrijfsremventiel (8) wordt in de aansluitingen 41 en 42 van
het aanhangerstuurventiel (16) dezelfde druk opgebouwd als in de remcili;1ders van
het trekkende voertuig en via aansluiting 22 en de koppelingskop 'rem' (18) naar de
bedrijfsreminstallatie van de aanhanger overgebracht.
Bij het bedienen van het blokkeerremventiel (13) neemt de aan aansluiting 43 van het
aanhangerstuurventiel (16) tijdens het rijden staande druk in stappen af, hetgeen een
dienovereenkomstige drukstijging in de remleiding tot gevolg heeft en zo een
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 111/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
remwerking van de bedrijfsreminstallatie van de aanhanger bewerkstelligt. Hierdoor
is ook aan het voorschrift voldaan dat de hulpreminstallatie van het trekkende voer-
tuig een bedrijfsremming van de aanhanger moet bewerkstelligen. Breekt de aan-
hanger van het trekkende voertuig los, dan worden rem- en voorraadleiding verbro-
ken. Door de drukafval in de voorraadleiding veroorzaakt het in de aanhanger
ingebouwde aanhangerremventiel een remming van de aanhanger. Hierdoor is aan de
eis van een 'automatische reminstallatie' van de aanhanger voldaan. Breekt alleen
de remleiding dan wordt de aanhanger pas geremd, als door luchtverlies aan de kop-
pelingskop 'rem' een drukdaling aan de koppelingskop 'voorraad' is opgetreden.
Om een versneld dalen van deze druk mogelijk te maken, is in het aanhangerstuur-
ventiel een drukgestuurd smoorventiel opgenomen.
5.1.3.4 Elektro-mechanische en elektro-hydraulische transmissie
Bij de voorgaande transmissies is er altijd een mechansche verbinding aanwezig tussen
pedaal en remmen. Een belangrijk voordeel is de eenvoud en met name bedrijfszekerheid
van het systeem.
Aan de andere kant worden de eisen aan de remsystemen steeds complexer. Na de komst
van het ABS volgden de Anti slip regeling en elektronich stabiliteits programma en brake
asists.
Met de komst van de hybride voertuigen waarbij conventionele remmen gecombineerd
worden met regeneratieve remmen wordt de systeemopbouw nog complexer.
In Figuur 5.65 is de systeemlayout gegeven van de Toyota Prius. Deze maakt gebruik van
een EHB (Elektro Hydraulic Braking) in combinatie met regeneratief remmen via de
elektromotor
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 112/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
Alle remsystemen waarbij de mechanische verbinding niet meer gebruikt worden noemt
met Brake-by-Wire remsystemen. In dezelfde lijn bestaan er ook Steer-by-Wire en Drive-
by-Wire systemen. Alles onder de verzamelnaam X-by-Wire.
Naast de voordelen voor de besturing, regeling en integratie van rem en
aandrijffunctionaliteiten biedt Brake-by-Wire ook een belangrijk voordeel in de
packaging van het voertuig. Besturing geschiedt via de CAN-bus en componenten
kunnen ‘vrij’ geplaatst worden.
Figuur 5.66 geeft een overzicht van voertuigregelsystemen gerelateerd aan het
remsysteem
Figuur 5.65: Regeneratief remsysteem van de Toyota Prius
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 113/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
Deze regelingen blijven bestaan bij een Brake-by-Wire remsysteem, echter worden deze
direct aangestuurd vanuit de bediening, en niet meer via het hydraulische circuit.
In Figuur 5.67 is het wezenlijke verschil aangegeven tussen standaard en brak by wire
remsystemen. Verdere diversiteit staat in Figuur 5.68.
Figuur 5.67: Data en energiestromen bij conventionele remsystemen en brak by wire remsystemen
Figuur 5.66: Doelstelling regelsystemen in voertuigen
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 114/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
Knelpunt bij alle X-by wire systeem is de veiligheid/systeemzekerheid.
Is een mechanisch systeem de werking zeker te stellen door een overdimensionering van
de componenten. Bij sensorgestuurde systemen is dit lastiger. Het probleem is vaak dat
een sensor wel of niet werkt. Een pedaalsensor kan ineens defect zijn. Oplossingen
worden gezocht in zowel een mechanische backup of door systemen dubbel of meer uit te
voeren.
Een dergelijk redundant systeem laat zich nog het beste vergelijken als dezelfde taak met
meerdere personen doen en de uitkomst met elkaar vergelijken. Is een systeem in
drievoud uitgevoerd en één systeem raakt defect, dan zijn er nog twee over. Ook als één
gaat afwijken kan vanuit de meerderheid van stemmen gekozen worden voor de andere
twee systemen.
Figuur 5.68: Structuren van remsystemen
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 115/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
5.1.3.5 Regelsystemen
Regelsystemen, al dan niet in Brake by Wire geïntegreerd ondersteunen de taak van de
bestuurder. Figuur 5.69 geeft de taken van de bestuurder weer.
De regelcyclus voor remmen is weergegeven in Figuur 5.70.
Figuur 5.70: Regelcyclus bestuurder – omgeving – voertuig, bij remmen
Figuur 5.69: Regelcyclus bestuurder – omgeving – voertuig
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 116/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
Indien men een aantal testpersonen een noodstop laat uitvoeren (zie Figuur 5.71) dan zal
blijken dat opbouw van remdruk niet optimaal is: dat wil zeggen dat de bestuurder te
traag reageert of dat de pedaalkracht te laag is. Om deze reden worden Brake Assist
Systemen toegepast die reageren op de verandering van de pedaalkracht en in geval van
een noodstop in feite de remdruk versterken tot de optimale waarde.
5.1.4 Bediening
5.1.4.1 Pedaal
Van de kracht van de voet van de bestuurder FF volgt volgens de hefboomwerking Fop.
FpFop FiFl
lF .
2
1 ( 5.37 )
Figuur 5.71: Verloop remdruk als functie van de tijd voor diverse testpersonen, twee onderzoeken
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 117/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
Fop is de ingaande kracht van de rembekrachtiging. Vanuit de rembekrachtiging wordt
hier een kracht FH. aan toegevoegd. Voor de ingaande kracht in de hoofdremcilinder
geldt hiermee:
HopO FFF ( 5.38 )
Voor de rembekrachtiging (Brake booster) hanteren de constante B*
op
O
F
FB * ( 5.39 )
Hieruit volgt:
op
Hop
F
FFB
*
dus op
H
F
FB 1* ( 5.40 )
De maximale druk die de rembekrachtiging FH levert is begrenst tot een maximale
waarde FH0. Daarna geldt:
op
H
F
FB 0* 1 ( 5.41 )
Indien de rembekrachtiging niet werkt geldt uiteraard:
Figuur 5.72: Hefboomwerking bij een rempedaal [ 4]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 118/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
opO FF ( 5.42 )
Figuur 5.73: Vacuum remkrachtversterking [ 4]
Figuur 5.74: Karakteristiek vacuum remkrachtbekrachtiging [ 4]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 119/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
In het geval dat motor geen vacuum heeft in het inlaatspruitstuk (diesel) kan gebruik
gemaakt worden van een vacuum pomp.
Indien een hydraulische pomp aanwezig is kan de bekrachtiging ook hydraulisch worden
gerealiseerd. Zie Figuur 5.75.
5.1.4.2 Handrem
Uitvoering middels een handle en een kabel.
Zie ook de vergelijkingen bij het rempedaal.
Figuur 5.75: Hydraulische rembekrachtiging [ 4]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 120/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
5.2 Construeren
Het construeren van remsystemen wordt niet in deze reader behandeld.
Uitgangspunten
1. Indien conventionele componenten, bijvoorbeeld een schijfrem, geconstrueerd
moeten worden, kijk dan goed naar bestaande componenten
2. Pas de basiskennis voor het construeren toe.
a. Tekenregels: inclusief toleranties en passingen??
b. Construeren: Een goede bron is [ 5]
Zie ook de module Chassis 02 (CHS02)
c. Materaalkunde: Een goede bron is [ 32]
Zie ook de module PVA01 (jaar 1), MAT01 (jaar 3)
3. Met betrekking tot recyling: zie reader [ 33]
4. Met betrekking tot levensduuranalyse: zie module levensduur LDR01.
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 121/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
6 Nieuwe ontwikkelingen
Gedreven door eisen met betrekking tot de beperking van uitsstoot van CO2 worden de
conventionele aandrijflijnen vervangen door alternatieven.
Het onderstaande schema laat de combinaties zijn uitgaande van fossiele brandstoffen en
andere duurzame energienbronnen.
Alle aandrijflijnen, behalve de conventionele aandrijflijnen, maken meer of minder
gebruikt van elektrische energiedrager (accu, condensator) en dus ook van een (deels)
elektrische aandrijving.
Elektromotoren hebben enerzijds een gunstige koppelkromme en zijn anderzijds ook
schakelbaar als generator.
Dit biedt grote mogelijkheden voor het regenereren van kinetische energie en de het
aantal toepassingen daarin stijgt explosief.
Net als de aandrijflijnen hybride worden, geldt dat tegelijkertijd ook voor remsystemen.
Figuur 6.1: Nieuwe ontwikkelingen in aandrijflijnen [ 34]
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 122/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
Remsystemen zullen daarmee een integraal onderdeel worden van de aandrijflijn en
viceversa.
Enige voorbeelden van deze nieuwe ontwikkelingen zijn:
Toyota Prius, gemengd hybride, elektrische regeneratief [ 35]
PML-Flight link, zuiver elektrisch, Mini en Volvo C30 proto [ 36]
Lotus Elise, zuiver elektrisch [ 37]
KERS in de Formule 1, Kinetic Energy Regeneration System [ 38]
Parallel en mechanisch regeneratief.
MIRA, add on systeem, parallel hybride [ 39]
Van het laatste systeem bestaat ook een variant die energie via een vliegwiel regenereerd.
Kortom: heel veel boeiende ontwikkelingen waar jullie ook in het kader van de studie
meer over zullen leren.
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 123/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
7 Referenties
[ 1 ] Braess/Seiffert (Hrsg.); Vieweg Handbuch Kraftfahrzei\ugtechnik; Vieweg
Fachbuch; 2001; ISBN 3 528 13114 4
[ 2 ] Bosch autotechnisch zakboek; Delta Press B.V.; 2002; ISBN 90 6674 815 X
[ 3] Autotechnicus, Hydraulische remsystemen; Innovam; 2002; ISBN ..
[ 4 ] Henning Wallentowitz; Longitudinal dynamics of vehicles; Institut fur
Kraftfahrwesen Aachen, Oktober 2004; pdf file
[ 5 ] Roloff/Matek; Machine onderdelen; Academic Service; 3de
verbeterde druk, 2002;
ISBN 90 395 1990 0
[ 6 ] F.J. Siers; Methodisch ontwerpen; derde druk, Wolters-Noordhoff; 2004; ISBN
90 01 509010
[ 7 ] R.M.M. Hogt; Reader Voertuigontwerpen, theorie; Hogeschool Rotterdam, 2005;
code A002
[ 8 ] R.M.M. Hogt; Reader Voertuigontwerpen, mindmaps; Hogeschool Rotterdam,
2005; code A003
[ 9 ] R.M.M. Hogt; Reader Aandrijvingen, deel 1; Hogeschool Rotterdam, 2005; code
A004
[ 10 ] R.M.M. Hogt; Reader Aandrijvingen, deel 2; Hogeschool Rotterdam, 2006; code
A005
[ 11 ] R.M.M. Hogt; Reader alternatieve aandrijving; Hogeschool Rotterdam, 2006;
code A006
[ 12 ] R.M.M. Hogt, N. van Groningen; Reader Wielophanging; Hogeschool Rotterdam,
2007; code A011
[ 13] R.M.M. Hogt; Reader Aërodynamica, Autotechnische toepassingen; HRO
(Hogeschool Rotterdam); code A014
[ 14] Elektronisch Pneumatisch remsysteem; Auto en Motor techniek, pdf-file op
netwerk
[ 15] Zware schijfrem in theorie en praktijk; Auto en Motor techniek, pdf-file op
netwerk
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 124/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
[ 16] Volvo Hybrid; pdf-file op netwerk
[ 17] Bosch technische leergang, apparaten voor luchtdrukreminstallaties
[ 18] Bosch technische leergang, luchtdrukreminstallaties
[ 19 ] Arkenbosch, Mom, Nieuwland; De automobiel, band B, Het rijdend gedeelte;
Kluwer Technische Boeken 1989 ; ISBN 90 201 2216 9
[ 20 ] www.mobikit.nl
Toegankelijke autotechnische kennis.
[ 21 ] Dr.-Ing. Adam Zomotor; Fahrwerktechnik: Fahrverhalten; Vogel Buchverlag
1991 ; ISBN 3 8023 0774 7
[ 22 ] Dr.-Ing. Manfred Burckhard ; Bremsdynamik und pkw bremsanlagen; Vogel
Buchverlag 1991 ; ISBN 3 8023 0184 6
[ 23 ] Bert Breuer, Karlheinz H. Bill.; Bremsenhandbuch; Vieweg 2004 ; ISBN 3 528
13952 8
[ 24 ] Dipl.-Ing. Jornsen Reimpel; Reifen und Rader; Vogel Buchverlag 1988 ; ISBN 3
8023 0737-2
[ 25 ] Dr. K.J. Alsem; Strategische Marketingplanning; 4de druk 2005 Wolters-
Noordhoff. ; ISBN …
[ 26 ] www.voithturbo.com, over hydrodynamische retarders
[ 27 ] www.telma.com of www.telma.co.uk over elektrische retarders
[ 28 ] www.JacobsVehiclesystems.com, over motorremmen
[ 29 ] E.Schad, J.Zebisch; Basiskennis Hydrauliek, eerste druk; 1987; Technische
Uitgeverij De Vey Mestdagh BV; ISBN 90 637 6013 2
[ 30 ] Bosch technische leergang, apparaten voor luchtdrukreminstallaties
[ 31 ] Bosch technische leergang, luchtdrukreminstallaties
[ 32 ] Budinski; Materiaalkunde voor technici, derde herziene druk; Academic Service;
2004; ISBN 90 395 20970
[ 33 ] R.M.M. Hogt; Reader Recycling; Hogeschool Rotterdam; 2005; (file op netwerk)
Studierichting Autotechniek, Remsystemen 125/125
Versie 2.03, 8 september 2008 Roeland M.M. Hogt
[ 34 ] World Business Council for Sustainable Development; The Sustainable Mobility
Project; 2003; Mobility 2030 Full report.pdf
De visie van de mondiale autoindustrie
[ 35 ] Toyota Hybrid System, Toyota, 2003, pdf-file: Toyota hybrid system.pdf
[ 36 ] PML Flightlink
www.pmlflightlink.com
[ 37 ] Electric Cars Europe
http://www.ececars.nl/
http://detroit-electric.com/
[ 38 ] KERS-F1
http://www.xtrac.com/pdfs/Torotrak_Xtrac_CVT.pdf
http://www.hykinesys.com/'Back_from_the_Future'_Race_Tech_Aug_07.pdf
http://www.fia.com/public/mm_letter_030708.pdf
[ 39 ] MIRA
http://www.mira.co.uk/Media/documents/MIRADebutsPluglessPlug-
inHybrid..pdf
[ 40 ] V-model
http://nl.wikipedia.org/wiki/V-model
top related