Auto Technik Lexikon - Technik und Treibstoffe

Antiblockiersystem ABS

Das Antiblockiersystem (Abk.: ABS) ist ein in Verkehrsmitteln verwendetes technisches System zur Verbesserung der Verkehrssicherheit. Es wirkt vor allem in Gefahrsituationen, indem es bei starkem Bremsen (Vollbremsung) der Blockierneigung der Raeder durch Regelung des Bremsdruck in kurzen Intervallen entgegenwirkt. Das durchschnittliche menschliche Reaktionsvermoegen reicht in aller Regel nicht aus, um in gefaehrlichen 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 allein eine Verkuerzung des Bremsweges, der sich in manchen Faellen sogar verlaengern kann, sondern sorgt hauptsaechlich dafuer, dass das Fahrzeug im besten Falle wärend des Bremsvorgangs vollstaendig steuerbar bleibt.

Prinzip

ABS baut auf der physikalischen Erkenntnis auf, dass eine maximale Bremsverzoegerung kurz vor dem Blockieren erreicht wird, wenn also die Radreifen gerade eben noch auf der Fahrbahn haften. Wenn diese Grenze ueberschritten wird, die Raeder also nicht mehr abrollen, sondern auf der Fahrbahn gleiten (Schlupf), dann wird das Fahrzeug nur mehr über die Gleitreibung abgebremst, die typischerweise um 20 % unter der Haftreibung liegt. ueberdies kommt es beim Blockieren zu einseitigem Abrieb am Reifen, das Fahrzeug ist kaum noch steuerbar, und ungeuebte Fahrer reagieren in dieser Situation selten richtig (richtig waere, die Bremskraft unverzueglich zu reduzieren, bis die Raeder wieder mitdrehen). Die maximale Bremswirkung stellt sich bei 50% Schlupf ein, also wenn das Rad "zur Haelfte über den Untergrund rutscht" und zur anderen Haelfte abrollt. Es legt dabei seinen kompletten Abrollumfang auf der Fahrbahn mit nur einer halben Umdrehung im Vergleich zum ungebremsten Rad zurück. Das ABS reguliert die Bremskraft so, dass der Schlupf wärend des Bremsvorganges jederzeit möglichst nahe an dieser Grenze bleibt. uebersteigt der Schlupf 50%, sinkt die Bremswirkung wieder rapide ab. Das Fahrzeug bleibt beim Bremsen am besten steuerbar (verhält sich neutral), wenn die Bremskraft an allen Raedern gleichermassen nach diesem Prinzip geregelt wird.

Aufbau und Wirkungsweise

Beim aktuell (2005) ueblichen Standard kommt bei PKW ausschliesslich das 4-Kanal-ABS zum Einsatz. An jedem der vier Raeder des Pkw/Lkw 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 fuehrenden Bremsleitungen werden im ABS-Geraet in je zwei getrennte Kanaele aufgespalten, von denen jeder mit einem schnellwirkenden Elektromagnetventil verschlossen werden kann. Vier der acht Ventile sind im Normalzustand ständig geoeffnet, die anderen ständig geschlossen. Aus Sicherheitsgruenden sorgen Druckfedern dafuer, dass sie auch bei Ausfall der Stromversorgung in diesen Zustaenden bleiben. Beim maessigen Bremsen im normalen Fahrbetrieb wirkt das Bremssystem wie eine normale Zweikreis-Anlage. Der Bremsdruck vom Hauptzylinder wirkt über die offenen Kanaele direkt auf die Radzylinder. Neigt ein Rad zum Blockieren, wird zunaechst 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 geoeffnet. Dieser Kanal führt innerhalb des ABS-Geraets zu einer elektrisch angetriebenen Rueckfoerderpumpe, die gleichzeitig mit dem oeffnen des Ventils anlaeuft. Die Pumpe foerdert die durch das offene Ventil zurueckstroemende Bremsfluessigkeit 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 Drehzahl wieder an, wird das erste Ventil wieder geoeffnet, das zweite geschlossen und der Regelvorgang beginnt erneut. Die Intervalle richten sich je nach System und Hersteller, beim Pkw typischerweise 8 - 12 pro Sekunde, bei Motorraedern 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 wärend der Regelung. Da es in den meisten PKW zwei getrennte Bremskreise gibt, sind auch zwei Rueckfoerderpumpen vorhanden, die jedoch über eine Welle vom gleichen Elektromotor angetrieben werden. Die traegheitsbedingte Intervallfrequenz von ca. 10/s bedingt einen relativ grossen Regelbereich, der schon bei 20% Schlupf beginnt und bis ungefaehr 40% reicht. Die theoretisch optimale Bremswirkung bei 50% kann ebenfalls aus Traegheitsgruenden nicht erreicht werden. Ein System mit höherer Regelfrequenz wuerde die Wirkung erheblich verbesern. Derzeit arbeiten verschiedene Hersteller an der Entwicklung einer vollelektrischen Bremse, die ein solches ABS-Bremssystem aufgrund der direkten elektrischen Steuerung an den Radbremszylindern ermöglichen wuerde.

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

Bremskraftverteilung

Neuere Versionen des ABS uebernehmen auch die Bremskraftverteilung 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 Oberflaeche oder Schmutz die Bremswirkung reduzierte.

Weiterhin gehört auch die Notraderkennung zu neueren Systemen. Notraeder haben einen kleineren Abrollumfang und drehen sich schneller, so dass das ABS im Falle einer Vollbremsung die Rueckmeldung von dessen Drehzahlsensor korrekt verarbeiten kann.

Inzwischen wird das ABS zunehmend durch ESP ergaenzt.

Giermomentenabschwaechung

Wenn sich das Fahrzeug auf einer Fahrbahn mit unterschiedlichen Reibwerten zwischen der rechten und linken Seite befindet (beispielsweise Schnee oder nasses Laub am Fahrbahnrand), wuerde bei einer Vollbremsung das Lenkrad plötzlich einschlagen, weil die Fahrzeugseite auf dem griffigen Untergrund staerker gebremst wird, als die Fahrzeugseite auf dem glatten Untergrund. Bei der Fahrzeugabstimmung sorgen die Hersteller dafuer, dass der Bremsdruck am Rad auf griffigem Untergrund nicht so stark ansteigt, wie es physikalisch möglich ist. Dadurch bekommt der Fahrer die Zeit, um auf den selbsttaetigen Lenkeinschlag durch Gegenzulenken zu reagieren. Die Zeit, die das ABS braucht, um auf griffigem Untergrund zur vollen Bremsleistung zu kommen, ist Abhaengig von der Herstellerphilosophie. Sie ist bei sportlichen Fahrzeugen ueblicherweise kuerzer, als bei Limousinen. Je durch den verlangsamten Aufbau der Bremskraft verlaengert sich auch der Bremsweg.

Inzwischen wird auch daran gearbeitet, die Giermomentenabschwaechung durch einen automatischen Eingriff in die Lenkung zu kompensieren und so die Verlaengerung des Bremsweges zu verhindern.

Geschichte

Urspruenglich stammt das Prinzip aus der Luftfahrt. Hier wurden mittels mechanischer Systeme verhindert, dass die Raeder blockieren, damit das Flugzeug bei der Landung sicher in der Spur bleibt. Bereits 1936 gab es von Bosch ein Patent auf eine Vorrichtung zum Verhueten des Festbremsens der Raeder 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 Stueck 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 praesentiert.

Der erste PKW mit ABS war wahrscheinlich der Jensen FF mit mechanischem Dunlop-Maxaret-ABS aus dem Jahr 1966. 1978 wurde ABS von Bosch auf den Markt gebracht; gleichzeitig wurde der Begriff ABS von Bosch rechtlich geschuetzt. Andere Hersteller bezeichnen ihre Systeme teilweise als ABV. Zunaechst war ABS für die S-Klasse von Mercedes-Benz, dann für BMW verfügbar. Ende 2003 verfuegten etwa 90 Prozent der zugelassenen Neufahrzeuge in Deutschland über ABS. Aufgrund einer Selbstverpflichtung der europaeischen Automobilindustrie (ACEA) werden seit dem 01.07.2004 alle Fahrzeug mit weniger als 2,5 t zulaessigem Gesamtgewicht mit ABS serienmaessig ausgestattet. Die japanischen und die koreanischen Automobilverbaende haben gleichlautende Verpflichtungen abgegeben.

Seit 1992 dürfen Kfz über 3,5 t nur mit ABS zugelassen werden. Bei Bussen wurde es früher eingeführt.

Motorraeder

Bei Motorraedern wurde ABS 1988 zuerst von BMW bei der K 100 als Option eingeführt. Im Gegensatz zur Hochdruckpumpe beim Pkw wird hier über das Plungersystem der Bremsdruck wieder aufgebaut. Im Bundesverkehrsminsterium wird intensiv darüber nachgedacht, für neuzugelassene Motorraeder ABS zwingend vorzuschreiben. Dies bedarf jedoch der uebereinstimmung auch auf internationalem Gebiet durch einheitliche EG-Regelungen. Die Schaetzungen der Unfallforscher gehen von einer Vermeidung jedes 4. toedlichen Motorradunfalles aus, falls alle Motorraeder mit ABS ausgestattet waeren. Mittlerweile werden ABS-Motorraeder auch von Aprilia, Honda, Yamaha, Ducati und im Sektor Motorroller von Peugeot, Piaggio und Suzuki angeboten.

Vorteile und Nachteile

Unter normalen Umstaenden, und solange keine Ausweichbewegung noetig ist, verringert sich der Bremsweg mit ABS nicht wesentlich gegenüber einer Vollbremsung eines geuebten Fahrers. Auf losem Untergrund (Schotter, Schnee etc.) kann sich der Bremsweg mit ABS verlaengern, da sich aufgrund des langsamen Weiterdrehens der Raeder das Material nicht vor den Raedern auftuermen und bremsend wirken kann. Der Hauptvorteil besteht aber in der verbleibenden Lenkfaehigkeit, die ohne ABS bei Vollbremsung nicht mehr gegeben ist. Dadurch bleibt das Fahrzeug beim Bremsen, auch auf unterschiedlich griffigen Belaegen (Laub, Eisplatten o.ae.), in der Spur. Ein Nebeneffekt von ABS ist, dass es bei Unfaellen aufgrund der kaum vorhandenen Bremsspuren schwieriger ist, die Ausgangsgeschwindigkeit der Fahrzeuge zu ermitteln.