Come funziona l'ABS nel motorsport — Bosch Motorsport ABS M5 Spiegato

By Andrius Kontrimas, Ingegnere di sport motoristici — Ingegnere di gara nelle serie GT3, LMP3 e 24H. Fondatore di XTRA Motorsport.

L'ABS nel motorsport è un sistema antibloccaggio dei freni progettato per le auto da corsa anziché per le auto stradali. Controlla ogni ruota individualmente, proprio al limite dell'aderenza. In pratica, ciò consente al pilota di frenare bruscamente e tardi, quindi di rilasciare gradualmente i freni e iniziare a sterzare in curva (frenata in curva) mentre gli pneumatici sono ancora caricati, senza bloccaggio delle ruote. A differenza dell'ABS di un'auto di serie, è configurato per il veicolo specifico: circonferenza degli pneumatici, passo, carreggiata e pesi del veicolo e delle ruote vengono tutti inseriti in modo che il sistema sappia cosa sta controllando. Il sistema di riferimento nel motorsport professionistico è l'ABS. Bosch Motorsport ABS M5Questo articolo spiega come funziona l'ABS nel motorsport, perché un'unità ABS di fabbrica smette di funzionare una volta che un'auto viene modificata per le corse e cosa si configura su un Bosch Motorsport ABS M5.

Se stai decidendo se installarne uno e quale kit acquistare, i dettagli del prodotto si trovano su Bosch Motorsport Pagina della categoria ABS. Questo articolo tratta dell'aspetto ingegneristico: cosa fa il sistema e perché.

Punti chiave

• ABS impedisce la ruota bloccare, non frenando. Il Bosch Motorsport M5 funziona con due segnali su ciascuna ruota: il suo decelerazione (quanto velocemente sta cambiando la sua velocità) e la sua scivolare — per mantenere il pneumatico vicino al massimo aderenza. Lo slittamento ottimale sugli pneumatici slick da competizione è inferiore al 10-20% spesso indicato per gli pneumatici stradali.
• Uno pneumatico bloccato ha pochissima aderenza in qualsiasi direzione — così si ferma peggio and Non è possibile sterzare. L'ABS serve a impedire che tutte e quattro le ruote si trovino in quella situazione.
• La produzione ABS è un sicurezza sistema, tarato per pneumatici stradali; l'ABS per sport motoristici è un performance Sistema ottimizzato per pneumatici slick e decelerazioni molto più elevate. Riducendo il peso, montando pneumatici slick, rotori più grandi e molle più rigide, la calibrazione dell'unità di serie non è più adeguata: interviene troppo presto e riduce la pressione desiderata.
• Migliori Bosch Motorsport ABS M5 è completamente configurabile: massa del veicolo, carreggiata, passo, circonferenza della ruota e incrementi del sensore sono tutti inseriti in RaceABSe il livello di intervento viene selezionato tramite un interruttore a 12 posizioni accessibile al conducente.
• Il guadagno maggiore è fiducia frenanteGrazie all'ABS, il guidatore può applicare la massima pressione sui freni fin dalla prima frenata senza il timore di bloccare una ruota, avvicinando così la frenata di un pilota amatoriale o dilettante a quella di un professionista.
• L'ABS nel motorsport non sostituisce buoni freni, buoni pneumatici o abilità di guida, e non infrange le leggi della fisica. Rende una vettura ben costruita più costante e ripetibile in frenata, ed è proprio da qui che derivano i tempi sul giro e gli incidenti evitati.

Cos'è l'ABS nel motorsport e cosa non è

Un'unità ABS per il motorsport è un sistema antibloccaggio dei freni autonomo e configurabile, progettato per essere installato su un'auto da corsa e tarato specificamente per quella vettura. Non si tratta del modulo ABS di un'auto stradale e non è intercambiabile con esso. L'hardware è sigillato e resistente alle vibrazioni, è cablato in un cablaggio specifico per il motorsport anziché essere collegato al cablaggio di serie e la logica di controllo è accessibile all'ingegnere tramite software, anziché essere bloccata dal produttore.

La distinzione è importante perché i due sistemi sono ottimizzati per obiettivi diversi. L'ABS di produzione è un sicurezza Il sistema prima di tutto: viene calibrato una sola volta, in fabbrica, per mantenere il controllo del veicolo anche a un guidatore inesperto durante una frenata di emergenza. Ed ecco il motivo principale per cui le prestazioni ne risentono: la stessa calibrazione deve garantire la sicurezza dell'auto anche con pneumatici estivi. and Pneumatici invernali, usurati o nuovi, con carico leggero o pieno di passeggeri e bagagli. Il produttore non può ottimizzare l'aderenza di un singolo pneumatico, quindi effettua una taratura conservativa per il caso peggiore su tutti. Questo è un lavoro svolto per la sicurezza, non per le prestazioni degli pneumatici. L'ABS nel motorsport è un performance Sistema: è tarato per un set specifico di pneumatici da competizione e per le decelerazioni molto più elevate che un'auto da corsa può raggiungere, al fine di produrre la frenata più breve possibile mantenendo la manovrabilità. Un'unità di produzione è inoltre tarata per una specifica fissa che rimane pressoché invariata per tutta la vita utile della vettura; un'unità da competizione deve invece funzionare su una vettura che il team continua a modificare (mescola degli pneumatici, impianto frenante, peso, aerodinamica) e su superfici che vanno da un circuito asciutto a una salita bagnata e in pendenza laterale. Questa flessibilità è il punto cruciale.

Come funziona l'ABS: controlla la decelerazione e lo slittamento delle ruote.

Il compito di qualsiasi ABS è quello di impedire il bloccaggio di una ruota durante la frenata. Lo fa controllando due cose su ogni ruota: la ruota decelerazione — quanto velocemente sta diminuendo la sua velocità di rotazione — e la sua scivolareLa differenza tra la velocità di rotazione della ruota e la velocità di movimento dell'auto sul terreno. La decelerazione è il segnale di allarme precoce: una ruota che rallenta molto più rapidamente di quanto l'auto possa fisicamente fare sta per bloccarsi, spesso prima che lo slittamento si sia completamente verificato. Lo slittamento è la misura a regime di quanto intensamente ogni pneumatico sta lavorando.

Lo scivolamento si visualizza più facilmente come una curva:

• At 0% scivolamento La ruota gira liberamente e non sopporta alcun carico frenante.
• At 100% scivolamento La ruota è completamente bloccata e sta slittando.
• La massima aderenza in frenata si trova nel mezzo, e il punto esatto dipende dal pneumatico. I pneumatici stradali raggiungono il picco intorno al 10-20% di slittamento; i pneumatici da corsa slick raggiungono il picco abbassarla, con i dati pubblicati sui pneumatici da corsa che collocano il picco di aderenza longitudinale di uno slick vicino a un rapporto di slittamento di 0.05–0.15 (5–15%)Pertanto, un ABS da competizione mantiene una finestra di slittamento più ristretta e inferiore rispetto a un'unità stradale.

La curva di aderenza è il fatto chiave: la forza frenante aumenta con lo slittamento fino a quel picco, poi cade via quando il pneumatico inizia a slittare. Un pneumatico bloccato ha superato il picco, si trova sul lato sbagliato della curva, generando una forza frenante molto inferiore rispetto a un pneumatico mantenuto in slittamento ottimale. Peggio ancora, un pneumatico che slitta perde anche la sua laterale aderenza: quindi una ruota anteriore bloccata non può sterzare affatto l'auto.

L'hardware ABS esegue le seguenti operazioni, in modo continuo, decine di volte al secondo:

1. A sensore di velocità della ruota in ogni angolo misura la velocità di rotazione di quella ruota.
2. L'unità di controllo tiene traccia di due cose per ruota: il suo scivolare (velocità delle ruote rispetto alla velocità stimata del veicolo) e il suo decelerazione (la velocità con cui diminuisce la velocità delle ruote). Il superamento di una delle due soglie segnala un blocco imminente.
3. Quando una ruota oltrepassa la soglia, l'integrato unità idraulica modula la pressione dei freni su quella singola ruota, rilasciandola e riapplicandola tramite elettrovalvole, per mantenerla vicina al massimo aderenza.
4. Questo è fatto indipendentemente per ciascuna ruotaPertanto, uno pneumatico su asfalto con buona aderenza può essere gonfiato con una pressione molto maggiore rispetto a uno su una linea dipinta sull'asfalto o su una zona umida.

L'unità controlla più della velocità della ruota. Legge due sensori di pressione dei freni: uno anteriore, uno posteriore — che gli ha permesso di calcolare il ripartizione della frenata, la ripartizione dello sforzo frenante tra anteriore e posteriore. Da questi dati il ​​sistema può mostrare se la ripartizione è dove dovrebbe essere e segnalare quando è necessario modificarla. Bosch Motorsport Sensore inerziale MM5.10 Aggiunge l'accelerazione laterale e longitudinale, oltre alle velocità di imbardata, beccheggio e rollio, in modo che l'unità sappia se l'auto sta frenando in linea retta o effettuando una frenata in curva, e possa regolare di conseguenza il suo intervento.

Il controllo su ogni singola ruota è qualcosa che un essere umano non può fare. Un guidatore ha un solo pedale del freno che aziona tutte e quattro le ruote, quindi senza ABS deve modulare la frenata in base alla ruota che ha maggiori probabilità di bloccarsi, il che significa che le altre tre frenano al di sotto del loro potenziale. L'ABS, in pratica, offre quattro pedali del freno indipendenti, azionati più velocemente di qualsiasi piede.

Perché l'ABS di serie non funziona in un'auto da corsa modificata

Questa è la domanda che mette in difficoltà la maggior parte delle persone, perché l'ABS stradale nell'auto donatrice spesso sembra Su strada funziona perfettamente. Il problema si presenta dopo le modifiche apportate all'auto.

Il software ABS di serie è calibrato per una configurazione specifica: massa nota, sospensioni note, pneumatici noti, dischi e pompa freno noti. Quando si trasforma quell'auto in un'auto da corsa, si modificano quasi tutti questi parametri:

• Eliminando gli interni, l'auto diventa molto più leggera e di conseguenza aumenta la decelerazione che può raggiungere.
• Montando pneumatici più larghi e con maggiore aderenza e dischi freno più grandi, la tenuta di strada e la coppia frenante disponibili aumentano ulteriormente.
• Modificando la campanatura, la rigidità delle molle e lo smorzamento, si modificano le dimensioni e il comportamento dell'area di contatto con il terreno e il modo in cui il pneumatico segue le asperità.

L'ABS di fabbrica non ha idea di nulla di tutto ciò che è successo e non è possibile modificarne la calibrazione per comunicarglielo. Il sintomo usuale è l'intervento dell'unità troppo presto — rilevando quello che crede essere un bloccaggio imminente e rilasciando la pressione dei freni quando la vettura modificata aveva molta più aderenza disponibile. Nel peggiore dei casi, rilascia una grande quantità di pressione in frenata massima, il che risulta allarmante e ti fa perdere la curva. Questo è esattamente il motivo per cui molti preparatori di auto da corsa disattivano l'ABS di serie e ne fanno a meno, guidando poi al limite del bloccaggio, senza mai sfruttare appieno il potenziale frenante della vettura.

Un ABS da competizione risolve questo problema esponendo i parametri. Gli dici cosa sta facendo l'auto adesso is.

Ciò che rende il Bosch Motorsport ABS M5 diverso

Migliori Bosch Motorsport ABS M5 è il sistema a cui ricorrono la maggior parte dei team professionistici, perché ogni variabile che l'unità di fabbrica nasconde è accessibile all'ingegnere. Un kit è costruito attorno a un'unità idraulica con ECU integrata, due sensori di pressione dei freni da 260 bar, un Bosch Motorsport Sensore di imbardata/accelerazione MM5.10, quattro sensori di velocità delle ruote, selettore di funzioni a 12 posizioni e spia di avvertimento ABS.

L'interruttore a 12 posizioni

Il guidatore ha a disposizione un selettore rotativo con dodici posizioni, ciascuna corrispondente a un diverso livello di intervento dell'ABS. Questa è la funzione più utile in assoluto nelle condizioni di guida reali:

• Le posizioni ad alta aderenza su asciutto utilizzano una bassa soglia di slittamento per massimizzare la forza frenante.
• Le posizioni intermedie consentono un intervento moderato.
• Le posizioni con scarsa aderenza (su bagnato, ghiaia, pneumatici freddi) tollerano più slittamenti e intervengono prima.

Il pilota può modificare la posizione in tempo reale. Pneumatici freddi al primo giro, una chiazza bagnata in frenata, una superficie sconosciuta su una prova speciale di rally su asfalto: si può aumentare l'intervento. Pista asciutta, pneumatici caldi, una curva conosciuta: si può ridurre l'intervento. Sul kit hardware 1, la posizione 1 può essere configurata anche come disattivazione completa dell'ABS.

RaceABS — inserimento dei parametri del veicolo

La configurazione viene effettuata in RaceABS, il software per PC fornito gratuitamente da Bosch Motorsport. La connessione tra il laptop e l'unità ABS avviene tramite Bosch Motorsport MSA-BOX II Interfaccia USB. I parametri che è possibile impostare includono:

• peso del veicolo e carreggiata
• Pesi delle ruote e circonferenza delle ruote
• Interasse
• Conteggio degli incrementi del sensore di velocità della ruota (numero di denti/impulsi per giro)
• Assegnazione della mappa ABS per posizione dell'interruttore (sul Kit 1)

Eseguendo correttamente questi passaggi, il calcolo dello slittamento dell'unità corrisponde a quello dell'auto reale. Questo è il passaggio che l'ABS di fabbrica non consente mai di eseguire, ed è il motivo per cui una M5 configurata correttamente funziona dove un'unità stradale non può. Il riferimento completo dei parametri e i dettagli del cablaggio sono riportati nel Bosch Motorsport ABS M5 Clubsport manuale operativo (PDF).

Sensori di velocità delle ruote e integrazione CAN

La M5 viene fornita con quattro sensori di velocità delle ruote: la variante esatta (DF11I, DF11S o DF11V) è abbinata al veicolo e alla velocità del bus CAN scelta (1 Mbit/s o 500 kbit/s). Il sistema funziona in modalità standalone, adatta a molte auto più vecchie, oppure integrato tramite CAN con il resto dell'elettronica dell'auto. Su una configurazione moderna condivide i dati con il Bosch Motorsport ECU and DDU visualizza: velocità delle ruote, pressione dei freni e intervento dell'ABS vengono tutti registrati e visualizzati sul bus in RaceCon.

Per le build di livello superiore, il ABS M5 1 Kit aggiunge un cablaggio personalizzato specifico per il motorsport e sblocca algoritmi avanzati: obiettivi di slittamento dipendenti dalla deportanza, regolazione dello slittamento in decelerazione laterale e riduzione dello slittamento della ruota interna in curva, utilizzati nei programmi di produzione GT3/GT4 e OEM. Per la maggior parte dei team il ABS M5 Clubsport con le sue mappe preimpostate selezionabili tramite interruttore è il punto di partenza giusto: le sue specifiche hardware complete sono riportate nel Bosch Motorsport ABS M5 Clubsport scheda tecnica (PDF). Il confronto completo delle varianti, compresi i kit Porsche Cup, è disponibile su Bosch Motorsport Pagina della categoria ABS.

È possibile installare l'ABS per competizioni automobilistiche su qualsiasi auto?

In pratica, sì, praticamente su qualsiasi auto dotata di impianto frenante idraulico. Poiché l'M5 può funzionare in modo indipendente, non dipende dalla presenza dell'ABS sull'auto di partenza, il che lo rende utilizzabile anche su auto più vecchie e costruite da zero. È sufficiente installare l'unità idraulica nel circuito frenante, montare i quattro sensori di velocità delle ruote con un anello fonico o una sorgente di segnale di incremento adatta su ciascuna ruota, rilevare la pressione dei freni e predisporre l'interruttore e la spia di avvertimento nell'abitacolo. Sulle auto più recenti, il sistema si integra con la rete CAN esistente; sulle auto più vecchie, funziona autonomamente.

L'unica cosa che non può fare è salvare una base debole. L'ABS da competizione si sovrappone al sistema frenante già presente: non può compensare dischi sottodimensionati, pastiglie con mescola errata, pneumatici usurati o un pilota che frena con 30 metri di ritardo. Ciò che fa è prendere un'auto costruita correttamente e migliorare la sua frenata. ripetibile, giro dopo giro, in condizioni che cambiano.

L'ABS rende più veloci i guidatori amatoriali e i gentleman driver?

Più di quasi qualsiasi altro sistema presente sull'auto. La parte più difficile della frenata è la prima pressione: passare dall'acceleratore a fondo alla massima pressione in un istante, alla massima velocità in curva, dove la vettura è meno stabile. È proprio in quel momento iniziale che è più probabile che una ruota si blocchi.

Senza ABS, il pilota deve trattenersi al primo impatto e mantenere un margine di sicurezza, perché il bloccaggio di una ruota deforma il pneumatico e compromette la traiettoria in curva. Un professionista sa individuare la soglia di bloccaggio e rimanere appena al di sotto di essa, giro dopo giro. Un dilettante – giustamente – ha paura del bloccaggio, quindi frena ben al di sotto del limite e perde la maggior parte del tempo proprio in quella fase iniziale.

L'ABS elimina la paura. Il pilota può premere il pedale con tutta la forza che ha a disposizione al momento della frenata iniziale e il sistema mantiene ogni ruota leggermente prima del bloccaggio, in modo che la vettura deceleri al massimo fin dal primo metro. Questo permette a un pilota amatoriale o amatoriale di avvicinarsi a quello di un professionista senza anni di esperienza al volante: è il singolo fattore che più di ogni altro ha permesso all'ABS di livellare i tempi sul giro nelle competizioni automobilistiche.

Lo vedo direttamente su auto come la Lamborghini Huracán Super Trofeo, che corre Bosch Motorsport L'ABS è un sistema utilizzato principalmente da piloti amatoriali. Con l'ABS funzionante, i piloti frenano con totale sicurezza e ottengono tempi sul giro eccellenti; nelle rare occasioni in cui il sistema si guasta, gli stessi piloti perdono immediatamente quella sicurezza – non riescono più ad attaccare la frenata iniziale – e i tempi sul giro calano drasticamente. Le prestazioni non dipendono mai solo dal piede del pilota. L'ABS è ciò che permette loro di sfruttarlo appieno.

Vale la pena avere l'ABS nelle competizioni automobilistiche?

Per qualsiasi vettura che, secondo i regolamenti, può utilizzarlo e che viene guidata al limite delle sue prestazioni, il vantaggio è evidente. Non si tratta di una singola frenata eroica, ma di costanza. Il sistema elimina il bloccaggio delle ruote che deforma gli pneumatici e pone fine alle gare contro un muro, e permette al pilota di frenare con la certezza che la vettura manterrà la traiettoria anche in caso di un piccolo errore. Nell'arco di uno stint, questo vale più di qualsiasi singolo giro. È anche il motivo per cui l'ABS è ora di serie su GT3, GT4, Porsche Cup e sulle vetture di punta delle gare a cronometro e in salita, laddove i regolamenti lo consentano.

Se è lì che si trova il tuo programma, il passo successivo è abbinare un kit alla tua auto, descritto su Bosch Motorsport Pagina della categoria ABS. XTRA Motorsport è autorizzato Bosch Motorsport Il rivenditore e i nostri ingegneri confermano il tipo di sensore, la velocità CAN e i requisiti di installazione per ogni ordine.

fonti

• WF & DL Milliken, Dinamica del veicolo da corsa, SAE International (R-146), 1995 — forza longitudinale in funzione del rapporto di slittamento; la massima aderenza in frenata si verifica a un piccolo rapporto di slittamento, inferiore per uno pneumatico da corsa rispetto a uno pneumatico stradale.
• Claude Rouelle, “Aprire nuove strade”, OptimumG / Ingegneria delle auto da corsa2019 - optimumg.com (Ulteriori informazioni sulla frenata negli sport motoristici).