Anti-Blockier-System: Unterschied zwischen den Versionen

Version vom 14. März 2007, 14:00 Uhr

ABS von Tony Treffs

Was ist ABS?..

Das Antiblockiersystem (ABS), in der StVZO "Automatischer Blockierverhinderer" (ABV) genannt, ist ein in Verkehrsmitteln verwendetes technisches System zur Verbesserung der Verkehrssicherheit. Es wirkt vor allem in Gefahrensituationen, indem es bei starkem Bremsen (Vollbremsung) der Blockierneigung der Räder durch Regelung des Bremsdrucks in kurzen Intervallen entgegenwirkt. Das durchschnittliche menschliche Reaktionsvermögen reicht in aller Regel nicht aus, um in gefährlichen Situationen die Bremskraft richtig zu dosieren. Das ABS in modernen Kraftfahrzeugen ist dagegen in der Lage, das Bremsverhalten jedes einzelnen Rades nahezu optimal zu steuern. Es bewirkt in erster Linie nicht eine Verkürzung des Bremsweges, der sich in manchen Fällen sogar verlängern kann, sondern sorgt hauptsächlich dafür, dass das Fahrzeug im besten Falle während des Bremsvorgangs vollständig steuerbar bleibt und nicht ausbricht.

Prinzip

ABS baut auf der physikalischen Erkenntnis auf, dass eine maximale Bremsverzögerung je nach Fahrbahnzustand bei etwa 10-30% Radschlupf erreicht wird. 20% Bremsschlupf bedeuten, dass im selben Zeitraum, in dem das Fahrzeug einen Weg von einem Meter zurücklegt, die Räder nur 0,8 Meter abrollen. Wird die maximal übertragbare Bremskraft überschritten, sinkt die übertragbare Bremskraft ab, die Räder blockieren (=100% Bremsschlupf) und werden im blockierten Zustand nur mehr über Gleitreibung abgebremst, die typischerweise um 15 bis 20 Prozent unter der Haftreibung (je nach Reifentyp) liegt. Überdies kommt es beim Blockieren zu einseitigem Abrieb am Reifen (Bremsplatten), das Fahrzeug ist kaum noch steuerbar, und ungeübte Fahrer reagieren in dieser Situation selten richtig (richtig wäre, die Bremskraft unverzüglich zu reduzieren, bis die Räder wieder mitdrehen).

Das ABS reguliert die Bremskraft an jedem Rad so, dass der Schlupf während des Bremsvorganges jederzeit möglichst nahe an der optimalen Grenze bleibt. Es gibt einige Fahrbahnkonstellationen, bei denen ABS zu Bremswegverlängerungen führen kann. Dies sind Fahrbahnen mit losem Untergrund wie z. B. Sand, Tiefschnee oder Schotter, bedingt durch eine fehlende Keilbildung vor dem blockierenden Rad (100% Schlupf) durch das rollende ABS-geregelte Rad (10-30% Schlupf). Hier bleibt jedoch der klare Vorteil der Lenkbarkeit des Fahrzeuges.

Aufbau und Wirkungsweise

4-Kanal-ABS in einem 1995er Fiat Punto. Beim aktuell (Stand: 2005) üblichen Standard kommt bei Pkw ausschließlich das 4-Kanal-ABS zum Einsatz. An jedem der vier Räder befindet sich ein Sensor, der die Drehzahl des Rades misst. Die Informationen werden an ein elektronisches Steuergerät weitergeleitet. Die vom Hauptbremszylinder zu den einzelnen Radbremszylindern führenden Bremsleitungen werden im ABS-Gerät in je zwei getrennte Kanäle aufgespalten, von denen jeder mit einem schnell wirkenden Elektromagnetventil verschlossen werden kann. Vier der acht Ventile sind im Normalzustand ständig geöffnet, die anderen ständig geschlossen. Aus Sicherheitsgründen sorgen Druckfedern dafür, dass sie auch bei Ausfall der Stromversorgung in diesen Zuständen bleiben. Beim mäßigen Bremsen im normalen Fahrbetrieb wirkt das Bremssystem wie eine normale Zweikreis-Anlage. Der Bremsdruck vom Hauptzylinder wirkt über die offenen Kanäle direkt auf die Radzylinder. Neigt ein Rad zum Blockieren, wird zunächst das offene Ventil geschlossen und der bis dahin erreichte Bremsdruck konstant gehalten. Ist die Blockierneigung dann immer noch zu hoch, wird das andere (bis dahin geschlossene) Ventil geöffnet. Dieser Kanal führt innerhalb des ABS-Geräts zu einer elektrisch angetriebenen Rückförderpumpe, die gleichzeitig mit dem Öffnen des Ventils anläuft. Die Pumpe fördert die durch das offene Ventil zurückströmende Bremsflüssigkeit in den Kanal zwischen Hauptbremszylinder und geschlossenem Ventil. Der Bremsdruck am Radzylinder sinkt. Gleichzeitig wird damit ein Durchsacken des Bremspedals verhindert, da der Druck gegenüber dem Hauptzylinder aufrechterhalten bzw. leicht erhöht wird. Steigt die Raddrehzahl wieder an, wird das erste Ventil wieder geöffnet, das zweite geschlossen und der Regelvorgang beginnt erneut. Die Intervalle richten sich je nach System und Hersteller, beim Pkw typischerweise 8 bis 12 Regelvorgänge pro Sekunde, bei Motorrädern bis 15 pro Sekunde. Das Antiblockiersystem wird systembedingt unterhalb einer Fahrgeschwindigkeit von 6 km/h abgeschaltet. Das typische Pulsieren am Bremspedal entsteht durch die kurzen Druckschwankungen während der Regelung durch das zurückfördern der Pumpe. Da es in den meisten Pkw zwei getrennte Bremskreise gibt, sind auch zwei Rückförderpumpen vorhanden, die jedoch über eine Welle vom gleichen Elektromotor angetrieben werden. Die trägheitsbedingte Intervallfrequenz von ca. 10/s bedingt einen relativ großen Regelbereich, der schon bei 20 Prozent Schlupf beginnt und bis ungefähr 40 Prozent reicht. Ein System mit höherer Regelfrequenz könnte die Wirkung erheblich verbessern. Derzeit arbeiten verschiedene Hersteller an der Entwicklung einer vollelektrischen Bremse, die ein solches ABS-Bremssystem aufgrund der direkten elektrischen Steuerung an den Radbremszylindern ermöglichen würde.

Bei Lkw mit Druckluftbremsanlagen wirkt das ABS nach dem gleichen Prinzip, allerdings können die Rückförderpumpen entfallen, da sich der Druck bei Luft als Steuer- und Übertragungsmedium sehr viel besser dosieren lässt.

Bremskraftverteilung

Neuere Versionen des ABS übernehmen auch die Bremskraftverteilung (sog. elektronische Bremskraftverteilung - EBV) zwischen Vorder- und Hinterachse (4-Kanal-Systeme) und ersetzen damit früher übliche mechanische Regler (Bremskraftverteiler), die teilweise noch bei Lkw verbaut werden. Daraus ergeben sich mehrere Vorteile:

Optimale Ausnutzung des Kraftschlussbeiwertes an beiden Achsen - inkl. diagonaler Radlasten, das sich mit mechanischen Reglern nicht optimal darstellen ließ. Schon bei leichten Bremsungen wird die Hinterachse mitgebremst und ein bekanntes Problem beseitigt: Bei der mechanischen Bremskraftverteilung konnte es vorkommen, dass die Bremsscheiben an der Hinterachse zu selten durch eine Bremsung gereinigt wurden und so Korrosion an der Oberfläche oder Schmutz die Bremswirkung reduzierte. Weiterhin gehört auch die Notraderkennung zu neueren Systemen. Noträder haben einen kleineren Abrollumfang und drehen sich schneller, so dass das ABS im Falle einer Vollbremsung die Rückmeldung von dessen Drehzahlsensor korrekt verarbeiten kann.

Inzwischen wird das ABS zunehmend durch ESP ergänzt.

Giermomentenabschwächung

Wenn sich das Fahrzeug auf einer Fahrbahn mit unterschiedlichen Reibwerten zwischen der rechten und linken Seite befindet (beispielsweise Schnee oder nasses Laub am Fahrbahnrand), würde bei einer plötzlichen Vollbremsung und einem positiven oder negativen Lenkrollradius das Lenkrad sofort einschlagen, weil die Fahrzeugseite auf dem griffigen Untergrund stärker gebremst wird, als die Fahrzeugseite auf dem glatten Untergrund. Bei der Fahrzeugabstimmung des ABS sorgen die Hersteller dafür, dass der Bremsdruck am Rad auf griffigem Untergrund nicht so schnell stark ansteigt, wie es physikalisch möglich wäre. Dadurch erhält der Fahrer zusätzliche Reaktionszeit, um auf den selbsttätigen Lenkeinschlag durch Gegenlenken zu reagieren. Die Zeit, die das ABS braucht, um auf griffigem Untergrund zur vollen Bremsleistung zu kommen, ist abhängig von der Herstellerphilosophie. Sie ist bei sportlichen Fahrzeugen üblicherweise kürzer, als bei Limousinen. Durch den verlangsamten Aufbau der Bremskraft verlängert sich auch der Bremsweg.

Inzwischen wird auch daran gearbeitet, die Giermomentenabschwächung durch einen automatischen Eingriff in die Lenkung zu ersetzen. Bei einem aktiven Gegenlenken mittels einer Überlagerungslenkung (Aktivlenkung) entfällt die Verlängerung des Bremsweges durch die Giermomentenabschwächung.

Geschichte

Ursprünglich stammt das Prinzip aus der Luftfahrt. Bereits 1920 setzt der französische Automobil- und Flugzeugpionier Gabriel Voisin einen hydraulisch funktionierenden Blockierverhinderer ein. Hier wurde mittels mechanischer Systeme verhindert, dass die Räder blockieren, damit das Flugzeug bei der Landung sicher in der Spur bleibt. 1928 erhält der Deutsche Karl Wessel ein Patent auf einen Bremskraftregler für Automobile, allerdings kommt er über das Papierstadium nicht hinaus. 1936 gab es von Bosch ein Patent auf eine Vorrichtung zum Verhüten des Festbremsens der Räder eines Kraftfahrzeuges. Die Geräte bestanden aus etwa 1.000 analogen Bauteilen und waren noch sehr unhandlich und langsam. Durch die Digitaltechnik konnte die Menge der Bauteile auf etwa 140 Stück reduziert werden. Damit war ABS serienreif.

1969 wurde die erste Generation eines ABS (elektronisch geregelten Anti-Blockier-Systems) auf der Internationalen Automobilausstellung IAA vom amerikanischen Unternehmen ITT Automotive ehemals Alfred Teves präsentiert (s. auch Personal luxury cars - erste Verwendung in Serienfahrzeugen).

ABS-Geschichte (von Bosch)

1936 meldete Bosch ein Patent für eine „Vorrichtung zum Verhüten des Festbremsens der Räder eines Kraftfahrzeugs“ an. 1978 stellte Bosch das erste weltweit großserientaugliche ABS 2 in der S-Klasse von Mercedes-Benz und im 7er BMW vor. In den Folgejahren war die Devise kleiner, leichter und leistungsfähiger. 1989 gelang es ein in Hybridbauweise gefertigtes Steuergerät direkt am Hydraulikaggregat anzubauen. Aufwändige Verbindungen entfielen und auch das Gewicht dieser Generation ABS 2E verringerte sich. 1993 bauten die Bosch-Entwickler mit neuen Magnetventilen die Generation 5.0. In den Jahren darauf kamen zusätzliche Funktionen wie die elektronische Bremskraftverteilung, die den mechanischen Bremsdruckminderer der Hinterachse ersetzte. Die derzeit aktuelle ABS-Generation wurde von Bosch im Jahr 2001 mit dem ABS 8 eingeführt. Sie ist modular aufgebaut, so dass sich die Bremsregelsysteme in den verschiedenen Ausbaustufen ABS, ASR und ESP technisch in einer Produktfamilie realisieren lassen.

Personenkraftwagen

Der erste Pkw mit mechanischem ABS war der Jensen FF mit Dunlop-Maxaret-ABS aus dem Jahr 1966. 1978 wurde das elektronische ABS von Bosch auf den Markt gebracht; gleichzeitig wurde der Begriff ABS von Bosch rechtlich geschützt. Andere Hersteller bezeichnen ihre Systeme teilweise als ABV (Automatischer Blockierverhinderer). Zunächst war ABS für die S-Klasse W116 von Mercedes-Benz, dann für den BMW 7er der Baureihe E23. 1985 war der Ford Scorpio der erste PKW, der serienmäßig über ein ABS-System verfügte. Ende 2003 hatten etwa 90 Prozent der zugelassenen Neufahrzeuge in Deutschland ABS. Aufgrund einer Selbstverpflichtung der europäischen Automobilindustrie (ACEA) werden seit dem 1. Juli 2004 alle Fahrzeuge mit weniger als 2,5 t zulässigem Gesamtgewicht serienmäßig mit ABS ausgestattet. Die japanischen und koreanischen Automobilverbände haben gleichlautende Verpflichtungen abgegeben.

Lastkraftwagen

Mercedes-Benz bietet seit 1981 das ABS für Druckluftbremsen an, entwickelt zusammen mit der Firma WABCO. Seit 1987 sind alle Reisebusse und seit 1991 auch alle Lkw mit ABS ausgerüstet. Seit Januar 1991 dürfen LKW über 3,5 t zulässiges Gesamtgewicht und Busse mit mehr als acht Sitzplätzen nur mit ABS zugelassen werden.

Motorräder

ABS-Vorderradsensor einer BMW K75Der erste Hersteller von ABS-Systemen für Motorräder war die Firma FTE automotive mit Sitz in Ebern/Unterfranken (damals noch eine Sparte der Firma FAG Kugelfischer).[1] Dieses ABS wurde 1988 zuerst bei den BMW K Modellen als Option eingeführt und kostete damals 1980,- DM Aufpreis. Heute liefern auch Bosch, Nissan, Continental-Teves und Brembo ABS-Systeme. Das Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung empfiehlt, ABS gesetzlich vorzuschreiben. Gleiches fordern die Vertreter der deutschen Delegation in einer Arbeitsgruppe der Wirtschaftskommission für Europa. Die wissenschaftliche Basis der Forderung ist eine Studie der Bundesanstalt für Straßenwesen. Die Art und Weise des Vorhabens stößt zuweilen auf Kritik.[2] Mehrere Motorräder sind inzwischen in Deutschland nur mit ABS erhältlich (etwa die Kawasaki ZZR 1400). Jüngste Studien der Versicherungswirtschaft gehen in Hochrechnungen von 100 überlebenden Motorradfahrern pro Jahr aus, wäre ihr Motorrad mit ABS ausgestattet. Mittlerweile nimmt das Angebot an Motorrädern und Motorrollern, die mit ABS angeboten werden, zu. Die Studien bestätigen ferner das Kaufinteresse an ABS, Verfügbarkeit und wirtschaftliche Vertretbarkeit vorausgesetzt. Der Aufpreis beträgt 600 bis 1.050 Euro. Hinzu kommen modellspezifisch unterschiedlich erhöhte Wartungskosten gegenüber konventionellen Bremsanlagen. Zudem können manche Systeme nur in einer Vertragswerksatt mit Spezialgeräten ordnungsgemäß gewartet werden.[3]

Beim Motorrad-ABS geht es bis jetzt ausschließlich um die Sicherstellung der Seitenführungskraft bei Geradeausvollbremsungen. Die Systemeigenschaften und die den Systemen innewohnenden Phänomene der jeweiligen ABS-Bremsanlagen sind unterschiedlich. Auch der Komfort der ABS-Regelung ist bei jedem System anders, eine grobe Regelung beeinträchtigt die Fahrzeugstabilität.[4] Bislang ist kein System kurventauglich und es wird auch nicht mit einem kurventauglichen ABS vor 2009 gerechnet.

Fahrräder

Im Jahre 2004 stellte die Firma Biria das erste Antiblockiersystem für Fahrräder vor, die Einführung in den Handel wird in naher Zukunft erfolgen, zum Teil sind bereits Räder mit ABS erhältlich.

Vor- und Nachteile

Unter normalen Umständen, und solange keine Ausweichbewegung nötig ist, verringert sich der Bremsweg mit ABS nicht wesentlich gegenüber einer Vollbremsung eines geübten Fahrers. Auf losem Untergrund (Schotter, Schnee etc.) kann sich der Bremsweg mit ABS verlängern, da sich aufgrund des langsamen Weiterdrehens der Räder das Material nicht vor den Rädern auftürmen und bremsend wirken kann. Der wichtigste Vorteil besteht aber in der verbleibenden Lenkfähigkeit, die ohne ABS bei Vollbremsung nicht mehr gegeben ist. Einige Geländewagen verfügen über ein speziell angepasstes Antiblockiersystem, das ein kontrolliertes Blockieren der Vorderräder zulässt.

Vorteile:

Das Fahrzeug bleibt auch bei Vollbremsungen lenkbar, so dass das Hindernis auch umfahren werden kann. Besonders auf nassen Straßen weist das Fahrzeug besseres Bremsverhalten und kürzere Bremswege auf. Schonung der Reifen, da sich die Reifenabnutzung gleichmäßig über den Umfang verteilt. Bei einer Blockierbremsung kann dagegen der Reifen an einer Stelle stark abgetragen werden. Diese Bremsplatten sind durch einen unrunden Reifen und starke Laufgeräusche gekennzeichnet. Bessere Lenkbarkeit auf unterschiedlich griffiger Fahrbahn durch Giermomentenabschwächung. Die Bremskraft kann radindividuell optimal geregelt werden Nachteile:

Bei losem Untergrund (Kies, Sand, Eis, Schnee, usw.) kann sich vor allem bei älteren ABS-Systemen der Bremsweg verlängern. Bei einer Blockierbremsung würde sich vor dem Rad ein Keil auftürmen, das Fahrzeug könnte sich eingraben und kürzere Bremswege erreichen. Das ABS dagegen überrollt eventuell aufgehäuftes Material. In starken Gefällen auf rutschigem Untergrund oder im Gelände kann der Wegfall dieses Effektes dafür sorgen, dass durch die ABS Regelung das Fahrzeug immer schneller wird. Dies gilt insbesondere dann, wenn das Fahrzeug einen ungebremsten oder auflaufgebremsten Anhänger hinter sich führt und die Bremskraft nicht zum Auslösen der Auflaufbremse ausreicht. Da ABS im Gegensatz zu ESP nicht den Sollgierwinkel (Lenkradposition) mit dem Istwert der Gierbewegung vergleicht, kann es ein übersteuern oder untersteuern des Fahrzeuges nicht verhindern.

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