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Technik - Plungersystem

Als erstem Motorradhersteller gelang BMW 1988 der Durchbruch zur Serie mit dem sogenannten ABS I, das nach dem Plungerverfahren arbeitet und zusammen mit dem Bremshydraulikhersteller FAG entwickelt wurde, Herzstück des gesamten Systems ist der elektro-hydraulische Druckmodulator, der den Plunger (Regelkolben) enthält. Dieser wird von einem Linearmotor angetrieben und bewirkt durch Volumenänderung im Hydrauliksysstem eine Veränderung des Drucks im Bremssattel und damit eine Veränderung der Radbremskraft. Wenn die elektronischen Sensoren an den Rädern eine Blockierneigung feststellen, wird der Bremsdruck durch Zurückfahren der Kolben kontinuierlich soweit abgesenkt, bis die Räder wieder drehen können. Anschließend wird der Druck wieder aufgebaut, bis im Falle eines erneuten Blockierens eine neuerliche Druckabsenkung notwendig wird. Dieser Vorgang wiederholt sich, falls erforderlich, bis zu sieben Mal pro Sekunde.

Durch eine permanente Auswertung der Raddrehzahlsignale wird jede Radblockade rechtzeitig erkannt. Ein drohender Radstillstand kündigt in einem Steilabfall der Radumfangsgeschwindigkeit an und wird vom Auswerteprogramm im Steuergerät sofort festgestellt. Entsprechend werden dann Stellsignale an den Druckmodulator gesandt und der Systemdruck abgesenkt. Die Radüberwachung übernehmen induktive Drehzahl-Impulsgeber, die die Raddrehung im Zusammenwirken mit einer Zahnscheibe mit 100 Zähnen zuverlässig erfassen. Eine Blockierneigung wird dabei nicht erst im Augenblick des Stillstands, sondern vorausschauend erkannt.

Während des Regelvorgangs ist die Bremshebelbetätigung durch den Fahrer vom System abgekoppelt, so das die Regelung ohne spürbares pulsieren für den Fahrer erfolgt. Dies geschieht über ein Kugelventil, das mittels des Regelkolbens verschlossen wird. Die Aufbringung des Bremsdrucks erfolgt mechanisch über starke Federn im Druckmodulator. Lediglich die Regelkolben verfahren mit elektrischem Antrieb über die Linearmotoren. Dies hat den Vorteil, das bei Elektrikausfall die volle Bremswirkung wie bei einer Bremse ohne ABS erhalten bleibt und lediglich die Regelung nicht mehr wirksam ist. Der Ausfall der Regelung wird durch eine Warnlampe angezeigt.

Das System funktioniert in einem weiten Reibwertbereich zwischen µ=0,1 (wasserüberflutetes Glatteis) und µ=1,3 (sehr rauher Asphalt) bis hinunter zur Schrittgeschwindigkeit (ca. 4 km/h); es werden Vorder- und Hinterrad getrennt voneinander geregelt. Für das Hinterrad müssen zusätzlich die Drehzahlsignale des Vorderrades mit ausgewertet werden, um antriebsbedingte änderungen der Winkelgeschwindigkeit von Bremsvorgängen unterscheiden zu können.

Trotz der erreichten Vorteile für die Fahrsicherheit, weist das dargestellte ABS-System noch Unvollkommenheiten auf Die Modulation des Bremsdrucks mit einer Regelfrequenz bis zu 7 Hz erzeugt entsprechende Federbewegungen (Nickschwingungen) des Fahrzeugs aufgrund der mit gleicher Frequenz wechselnden dynamischen Radlastverlagerung. Wenn diese auch nur im seltenen Fall der ABS-Regelung auftreten, stellen sie dennoch eine Komfortminderung für den Fahrer/Beifahrer dar. Darüber hinaus wird auch das Fahrwerk, und hier besonders die Vorderradgabel, durch Kraftspitzen infolge schnell wechselnder Bremskraftamplituden mechanisch stark beansprucht. Ideal wäre, wenn der Bremsdruck so geregelt würde, das die Radbremskraft dem schlupfabhängigen Reibwertverlauf genau folgen würde.

Diesem Ideal kommt das 1993 auf den Markt eingeführte ABS II, das BMW wiederum in Zusammenarbeit mit FAG entwickelt hat, sehr nahe.

Wird eine drohende Radblockade von den Radsensoren erkannt, wird die Friktionskupplung und der Antriebsmotor angesteuert und der Plungerkolben wie beim Vorgängersystem nach unten gezogen. Anschließend erfolgt eine Phase mit erneutem Druckaufbau, indem der Plunger mittels Federkraft wieder nach oben gefahren wird und dabei das Rad in erneute Blockierneigung bringt. Jeweils wird vom Wegmeßsystem der Verfahrweg des Plungers registriert, und aus der Plungerstellung kann jeweils auf den Systemdruck geschlossen werden. Der Regelprozess kann nun von neuem beginnen; die Frequenz der Regelung kann dabei bis zu 15 Hz betragen.

Im Unterschied zu anderen Systemen ist aber eine hohe Regelfrequenz nicht das Ziel. Vielmehr gestattet die aus der Wegmessung gewonnene Kenntnis der Druckverhältnisse das gezielte Anfahren einer bestimmten Plungerstellung beim folgenden Regelzyklus. Diese Stellung wird aus den vorangegangenen Zyklen anhand der Regelphilosophie ermittelt. Damit ermöglicht das System bei konstanten Randbedingungen ein langes Verharren des Rades im günstigsten Schlupfbereich, ohne das größere Bremsdruckmodulationen nötig werden. Das System lernt also in gewisser Weise den Fahrbahnzustand und ermöglicht damit ein komfortables, sicheres Bremsen mit größtmöglicher angepasster Verzögerung.

Die Radblockade kündigt sich durch den plötzlichen Abfall der Radgeschwindigkeit an (B im Diagramm, obere Kurve). Das System reagiert darauf mit einer Bremsdruckabsenkung (1. Regelzyklus, untere Kurve). Deutlich erkennbar ist die Abnahme der Bremsdruckamplituden nach zwei Regelzyklen und die langen Zeitdauern, in denen anschließend mit nahezu konstantem Bremsdruck gebremst wurde. Die sehr kurze Bremszeit von 5 s für die Bremsung aus 150 km/h belegt die optimale Reibwertausnutzung bei dieser Bremsung.

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