9789151108254

Page 1

Bromsar, kaross och chassi Sven Larsson Anders Ohlsson

Avd. 5, 6, 7, 8

Andra upplagan



Innehåll 1 Personbilsbromsar introduktion Säkra arbeten i bromssystem Huvudkomponenter och teknikutveckling

Krav bromsarna måste uppfylla Parkeringsbroms

Bromssträcka – stoppsträcka Friktionsbroms Manöverorgan Kraftöverföring i bromssystem Hydraulisk kraftöverföring Mekanisk kraftöverföring Varför hydraulik istället för pneumatik?

Elektromagnetisk broms Magnetiska krafter Induktion

Bromsprovning Bromsprovare Fyrhjulsdrift Bromsprov utan bromsprovare Rörelsereserv

7 7 7

8 9

9 9 10 10 10 10 11

11 12 12

13 13 14 15 15

Bromsteknologi friktionsbromsar

16

Friktion Krafter och friktionskoefficienten Energiomvandling Kraftförstärkning Mekanisk kraftförstärkning Hydraulisk kraftförstärkning Ökad kraft ”kostar” rörelsesträcka En svaghet med Pascals princip Rörelseenergi

16 16 17 18 18 19 21 21 21

2 Bromsservo Vakuumservon drivs av tryckskillnader

23 23

Så här fungerar vakuumservon Vakuumservo i viloläge Vakuumservo i bromsläge

24 25 25

Vakuumservons konstruktion

26

Kontroll av vakuumservons funktion Backventilens funktion Aktiv vakuumservo

Svagt undertryck Motorer med överladdning

Eldriven bromsservo

3 Huvudcylinder

26 27 27

27 28

29

30

Flera bromskretsar Tvåkrets huvudcylinder

30 30

Skada i primärkretsen Skada i sekundärkretsen Äldre huvudcylindrar

31 31 31

Tätningar i cylindern Inre läckage Yttre läckage Varning vid tryckskillnad

Bromsvätskebehållare

4 Bromsledningar – bromsvätska Två bromskretsar Bromsrör Kontroll av rostangrepp

51108254.2.1_Inlaga_2022.indd 3

32 32 33 33

34

35

Bromsrör av metervara Anslutning av bromsrör

Bromsslangar Montering av bromsslangar Fukt tränger genom slangen

Bromsvätska Vatten i bromsvätskan Vätska – inte olja! Arbetsmiljö och miljöpåverkan

Byte av bromsvätska Luft i bromssystemet Metoder för luftning Täthetsprov

36 37

37 38 38

38 39 40 40

41 41 42 43

5 Hjulbromsar

44

Skivbromsar

44

Bromsskivor Byte av bromsskivor Svarvning av bromsskivor Mätning av bromsskivor

Bromsok Fast ok Glidok Skivbromsens fantastiska kolvtätning Bromsbelägg har ett svettigt arbete Byte av belägg Bromspedalen ”går i botten”

Trumbromsar Smörjning Hjulcylinder Trumbromsar har självverkan Justeringsanordningar Påskjutsbroms

Bromsfading Friktionsbortfall Mekanisk fading Gasfading

6 Säkerhets- och assistanssystem i bromssystem

44 45 45 46

47 47 48 48 49 50 51

51 51 52 52 53 54

54 55 55 55

56

Bromsslirning

57

Bromsverkan Styrförmåga

57 57

ABS Grundkonstruktion Hjulsensorer Styrenhet Hydraulenhet

Så här fungerar ABS Tryckökning Tryckhållning Trycksänkning Två bromskretsar men fler reglerkanaler Fyrkanalsystem med diagonaldelning Fel i ABS

Äldre teknik mot bromsslirning Olika kolvarea Olika tryck

58 58 59 61 62

62 63 63 64 65 66 66

67 67 68

35 35 36

2022-06-14 08:23


7 Parkeringsbroms Mekanisk parkeringsbroms Kraftöverföring Parkeringsbroms kombinerad med trumbroms Parkeringsbroms kombinerad med skivbroms Parkeringsbroms med skivbromsbeläggen Justering av mekanisk parkeringsbroms

Elektromekanisk parkeringsbroms

69 70 71 71 72 72 73

73

8 El- och hybridbilars bromssystem 75 Bromsning, rekuperation och coasting Bromsteknikerna samverkar Rekuperation i lågvoltssystem Exempel på ett bromssystem för elbilar Mekaniskt frikopplad bromspedal ePedal, ett hastighetsreglage

9 Framvagnskonstruktion

75 77 77 78 78 79

80

Spindel Länkar, armar och stag

80 80

Hjulspindel Spindelaxel Stel framaxel Individuell hjulupphängning Framhjulsupphängning med två länkarmar

80 81 81 82 82

Övre- och undre länkarmarna samverkar Krafter i hjulupphängningen Länkarmarnas infästning Reaktionsstag Krängningshämmare Adaptiv krängningshämmare

Fjäderbensupphängning Fjäderben på länkarm

Spindelleder Kulleder Byte av spindelleder Glapp i spindelleder Kontroll av spindelleder Kontroll av bärande spindelleder – axiellt glapp Kontroll av icke bärande spindelleder, radiellt glapp

Dubbla övre och undre länkarmar

10 Bakvagnskonstruktion

83 84 84 85 85 86

87

92

93

94

97 98 98 98 99

100 101

51108254.2.1_Inlaga_2022.indd 4

Rullmotstånd Hjullutning, camber Spindeltappslutning, KPI Axellutning, caster Skränkning, toe Kurvtagningsvinkel Styrradie Thrustvinkel Set back Krypvinkel Hjulinställning och mätning Justeringsordning Fyrhjulsmätning

Över- och understyrning

13 Fjädring Fjädrad och ofjädrad vikt Vikten av ofjädrad vikt

111 111 112 112 113 113 114 115 115 116 116 116 117 117

118

120 120 120

Stötdämpare

100

Hydraulisk servostyrning Styrventilen Styrning

12 Hjulvinklar och hjulinställning

110

121 122 123 123

Ratt och styrstång Styrväxel

Servostyrning

Bakhjulsstyrning

109 110

Skruvfjäder Torsionsfjäder Bladfjäder Luftfjädring

11 Styrinrättning

Låsning av muttrar

Variabel utväxling Mekanisk progressiv utväxling

108 109

88 88 89 89 90

87

97

Kuggstångsväxel

Parkeringspilot Filhållningspilot

108

108

88

Stel bakaxel på framhjulsdriven bil

Styrleder

Drivning

Elmotordriven styrning

106 107

121 121

95 96

Bakåtriktade länkarmar Sidriktade länkarmar Multilink bakaxel

Elhydraulisk styrservo Elektromekanisk styrservo

106 106

Fjädersvängning Fjädertyper

Krafter, spårvidd och hjulvinklar Stel bakaxel Halvstel bakaxel Individuell hjulupphängning

Ingen smuts och rätt hydraulvätska Luftning av servostyrningen

101

102 103

103 103 104 105

Hydraulisk teleskopstötdämpare Gastryckdämpare Insatsdämpare för fjäderben Test av stötdämpare Följder av slitna stötdämpare Byte av stötdämpare

Aktiva och halvaktiva fjädringssystem Aktiva fjädringssystem, luftfjädring Halvaktiva fjädringssystem

14 Hjul och däck Fälgar Inpressningsdjup, offset Fälgens navhål Bultcirkel Fälgens dimensioner och märkning Typ av fälghorn Fälgprofil Byta fälgdiameter

Fastsättning Åtdragningsmönster och åtdragningsmoment Ska gängorna och de koniska ytorna smörjas? Anliggningsytor Kan hjul lossna?

Däck

124 124 124 125 125 126 127

127 128 132

133 134 134 135 135 135 136 136 136

137 138 138 139 139

139

2022-06-14 08:23


Däck och miljö Självbärande däck Däckmönster Slitage Mönsterdjup och vattenplaning

Däckbeteckningar Sektionsbredd Profilförhållande Däcktyp Fälgdiameter Tillåten belastning, belastningsindex Tillåten hastighet Med eller utan slang Antal kordlager Däck för lätta lastbilar C-däck Märkning av däck

Vinterdäck Användning av vinterdäck Definitionen av vinterväglag Undantag från krav på vinterdäck Dubbdäck

Lufttryck i däck Värme skadar däck Ventiler Nitrogen, kvävgas Tryck och belastningstal Tryck och temperatur

Däcktrycksövervakning, TPMS

140 140 141 142 143

143 143 143 144 144 144 144 144 144 145 145

147 147 147 147 148

148 149 149 150 150 150

150

Direkt TPMS Indirekt TPMS

151 152

Däckomläggning

153

Demontering Montering

153 154

Hjulbalans Balansering av hjul Balansering av hjul med lättmetallfälg Byta hjulposition

Lagning av punktering Laga från utsidan Laga från insidan

Lagring av däck Däckhotell

Arbetsmiljö och däckarbete Sättningstryck Hanteringstryck Pumpbur Punkteringsspray Tunga lyft

155 155 156 157

158 158 158

159 159

160 160 160 160 160 160

15 Hjullager och tätningar

161

Navlagerenhet, hub unit

161

Navlagerenheter generation 1 Navlagerenheter generation 2 Navlagerenheter generation 3

Monteringstips Byte av lagerenhet generation 1 Specialverktyg Byte av koniska rullager

Tätningar

161 161 162

162 162 165 165

167

16 Karosskonstruktion

168

Säkerhet och funktion Luftmotstånd

168 168

CW-värde

Självbärande kaross Karossen byggs av delar Förstärkningar

51108254.2.1_Inlaga_2022.indd 5

170

171 172 172

Karosserimått Karosserimaterial Återanvändning och återvinning Stål Aluminium Plaster Kompositer

Korrosion Aluminium och stål

173 175 175 175 177 178 179

180 180

Sammanfogningsmetoder

181

Punktsvetsning MIG- och MAG-svetsning TIG-svetsning MIG-lödning Plastsvetsning Limning

181 182 183 183 184 185

Riktning av karosser

17 Karosseridelar Dörrar Tätningslister Injustering av dörr Dörrlås Nyckellöst låssystem Fönsterhissar

Backspeglar Motorhuv Takluckor Panoramatak Cabriolet

Skärmar Innerskärmar Innerskärmar i textilmaterial

Kupéinredning Stolar Ljudisolering

Rutor Härdat glas Laminerat glas Värmeslinga och antenn Lagning av stenskott Byte av vind- och bakrutor Så var det förr

Montering av draganordning Registreringsbesiktning Montering Släpvagnskontakt Inkoppling av släpvagnskontakt

18 Rostskydd och lack Rost, korrosion Vad är korrosion? Kemiska reaktioner och korrosionsström Faktorer som påverkar korrosionens hastighet Oxidskikt Förzinkad, galvaniserad plåt Kontroll av rostskydd Rostskyddsbehandling

Lack Rengöring och fosfatering Katalytisk grundlackering Försegling Stenskottsskydd Fyllmassa Täcklack Hålrumsförsegling

185

186 186 187 187 188 189 189

190 191 191 192 193

194 194 194

195 195 196

196 196 196 197 198 199 200

201 201 202 203 204

205 205 205 206 207 207 208 208 209

210 210 211 211 211 211 212 212

2022-06-14 08:23


19 Aktiv säkerhet Aktiv och passiv säkerhet Avancerad förarassistans – ADAS Nivåer av automatisering Definitioner och begrepp

Agerande aktiva säkerhetssystem Agerande säkerhetssystem som använder ABS Filhållningspilot Parkeringspilot Adaptiv farthållare Kökörningspilot Aktivt belysningssystem Alkolås

Stödjande aktiva säkerhetssystem Bältespåminnare Trötthetsvarning Filhållningsvarning Filbytesvarning, BLIS Trafikmärkesinformation Omgivningsvisning Mörkerseende Head up-display Navigation, GPS Trafikinformation Vattenavstötande glas

20 Passiv säkerhet Säker kaross

213

215

Ledning Strömning Strålning

254 254 254

Värmeväxlare

255

216 216 223 224 224 224 225 225

226 226 226 226 227 227 228 228 228 229 229 229

230 231 231 231 232 233 234 234 234

Stolar och huvudstöd

235

Bilbälte

Bältesförsträckning

239

Gasgenerator Rattkrockkudde Krockkudde passagerarsidan fram Sidokrockkuddar Knäskydd

Barnsäkerhet

Kylning och värmning av högvoltsbatterier Kylning av kraftelektronik och elmaskin Värme- och kylsystem med värmepump Kyl- och värmesystem utan värmepump

259 263 265 265

266 267 267 267 272

Kupéklimat och ventilation

274

Luftens väg inne i kupén Ventilation Ren luft

274 275 276

Elektriska motor- och kupévärmare Motor- och kupévärmare Motorvärmare och elsäkerhet

277 277 278

Bränsledrivna värmare

281

Parkeringsvärmare Tillsatsvärmare

282 283

Register

284

247

247 249

Felsökning med mätinstrument

249

Säkerhet vid arbete i SRS-system

250

51108254.2.1_Inlaga_2022.indd 6

Kyl- och värmesystem i elbilar

258

245 246

Automatiskt nödsamtal, eCall

Arbete i kyl- och värmesystem Felsökningsguide Köldmedier i AC Regleringen av klimatsystemet

241 242 242 243 244

Delarna i SRS samverkar

Lagkrav för pyroteknisk utrustning Hantering av pyroteknisk utrustning Statisk elektricitet Demontering, förvaring och destruktion Montering

AC – ett kylskåp i bilen

257 257

241

245 245

Skydd för gångtrafikanter Service och reparationer i SRS

Kompression och expansion Förångning

255

256 256

239 240

ISOFIX Avaktiverad krockkudde Smarta SRS-system

Enklare klimatsystem Luftkonditionering

235 238 238 238 239

Krockkuddar

Styrning av effekten från värmeväxlaren

253

237

SRS Rullbältets funktion Bältets fästpunkter Adaptiva bilbälten Vid kollision Vid kritiska situationer

253

Värmetransport

Krockprov Deformationszoner Säkerhetsbur Kollapsdon Polstring Brand Laminerade rutor Whiplashskador

22 Klimatsystem

213 214 214

250 250 250 251 251

252

2022-06-14 08:23


1

Personbilsbromsar introduktion

Säkra arbeten i bromssystem Alla kan vi ibland göra fel eller helt enkelt ha för bråttom. Om ett slarvigt utfört jobb innebär att en kund kommer tillbaka och klagar så är det naturligtvis inte bra, men det går att rätta till. Att slarva eller göra fel när man utför arbeten i ett bromssystem kan innebära att bromsarna på fordonet inte fungerar på bästa sätt i en kritisk trafiksituation. Detta kan naturligtvis innebära helt andra och allvarligare följder än en missnöjd kund. Hur ska man då undvika att göra fel? Först krävs goda allmänna kunskaper om hur bromsar fungerar, det som delar av denna bok handlar om. Med tillräckliga baskunskaper kan du tolka och analysera olika fordonstillverkares dokumentation och information. För att veta hur du ska utföra arbetet behöver du information om det aktuella fordonet, det kan t.ex. gälla monteringsanvisningar eller inställningsvärden. Den här informationen får man genom att studera rätt och uppdaterad verkstadsinformation om det aktuella fordonet. Verkstadsinformationen fyller också en annan viktig funktion, den fungerar som en ”avprickningslista” så att du inte glömmer arbetsmoment. Därutöver måste du välja reservdelar som uppfyller de kvalitetskrav som fordonstillverkaren ställer.

Huvudkomponenter och teknikutveckling

De flesta hydrauliska bromssystem för friktionsbromsar har ungefär samma huvudkomponenter. Bromsservon förstärker kraften från pedalen ytterligare och för kraften vidare till huvudcylindern. Vakuumservo drivs med hjälp av undertryck, vanligen från motorns inloppsrör.

Bromsledningarna leder bromsvätskan fram och tillbaka mellan huvudcylindern och hjulbromsarna. De består av rör och slangar. Bromspedalen överför kraften från förarens fot till bromsservon. Samtidigt förstärker den kraften så att den blir flera gånger större. Styrenheten samlar information från flera sensorer och styr ABS-enheten. Hjulbromsarna omvandlar hydraultrycket till kraft som påverkar kolvar vid hjulen. Kraften används för att skapa friktionskraft vid bromsbeläggen.

Huvudcylindern omvandlar kraften från bromsservon till ett hydrauliskt tryck hos bromsvätskan. Trycket leds av säkerhetsskäl ut i två kretsar.

Ofta är hydraulenhet och styrenheten sammanbyggda. Därför används ofta ordet ABS-enhet för hela funktionen. ABS kan självständigt både öka och minska bromstrycket vid varje hjul.

7 51108254.2.1_Inlaga_2022.indd 7

2022-06-14 08:23


När de första bilarna började att rulla på vägarna, i slutet av 1800-talet, ställdes mycket små krav på bromsarna. Många ansåg då att det inte skulle bli några större svårigheter att bromsa i framtiden heller eftersom bilarna aldrig skulle kunna köras fortare än ca 30 km/h. Detta på grund av att människans kropp inte skulle klara av högre hastigheter än så. Bromsarna är nu det system som det ställs störst krav på när det gäller säker funktion i alla lägen och det är inte så konstigt. Om motorerna i dagens standardbilar hade lika stor effekt som bromsarna så skulle de accelerera ungefär lika bra som de snabbaste sportbilar som finns att köpa. Det betyder en acceleration från 0 till 100 km/h på cirka 4 sekunder. Bromssystemet på en bil har två huvuduppgifter: • Färdbromsen används för att kunna minska hastigheten och stanna fordonet. • Parkeringsbromsen används för att hindra att fordonet kommer i rullning när föraren slutar att använda färdbromsen, exempelvis vid parkering. Men den som lärt sig att köra bil vet att den också används vid andra tillfällen, som vid start i backe. Och i värsta fall även som nödbroms.

Krav bromsarna måste uppfylla Transportstyrelsen utfärdar föreskrifter om fordon, ofta med stöd av EU-direktiv. I föreskriftens kapitel 12 om bromsar finns ca 100 paragrafer. Ett av de krav som Transportstyrelsen ställer på färdbromsarna för lätta fordon lyder kortfattat så här: För fordon med en totalvikt upp till 3 500 kg gäller att minsta värde för retardation är 5,8 m/s2 om utgångshastigheten är 80 km/h. Den kraft som behövs på bromspedalen ska inte vara större än 490 N. Fordonet ska hålla sin kurs, inte dra snett. Hastighet 22,2 m/s = 80 km/h

20

Acceleration 0 till 22,2 m/s på 10 sekunder

Retardation 22,2 till 0 m/s på 3,8 sekunder

10 0 1

2

3

Acceleration Från 0 m/s till 22,2 m/s på 10 s

4

5

6

7

8

Acceleration medelvärde 22,2 ≈ 2,22 m/s2 10

9

10

11

12

13

Retardation Från 22,2 m/s till 0 m/s på 3,8 s

14 15 Sekunder Retardation medelvärde 22,2 ≈ 5,8 m/s2 3,8

Enheten m/s2 används både för acceleration och för retardation. Om du tycker det är svårt att förstå vad enheten innebär kan det vara bra att se på bilden. Där ser du en bil som accelererar från stillastående till hastigheten 22,2 m/s, 80 km/h, på tio sekunder. Om accelerationen är jämn under alla tio sekunderna så betyder det att hastigheten ökar med 2,22 m/s under varje sekund klockan tickar framåt, under hela accelerationen. Medelaccelerationen är alltså 2,22 m/s2. Bilen bromsas sedan från hastigheten 22,2 m/s till stillastående på 3,8 sekunder. Hur stor har då retardationen varit? På samma sätt som för accelerationen kan vi räkna ut hur mycket hastigheten har minskat för varje sekund av inbromsningen. Hastigheten 22,2 m/s minskar till noll på 3,8 sekunder, vilket betyder att hastigheten har minskat med ca 5,8 m/s per sekund. Medelretardationen är alltså 22,2 dividerat med 3,8 vilket ger ca 5,8 m/s2.

8 51108254.2.1_Inlaga_2022.indd 8

2022-06-14 08:23


Parkeringsbroms

Här handlar det inte om att minska hastigheten, därför kan man inte använda retardation för att ange kraven på parkeringsbromsen. Parkeringsbromsen ska kunna hindra att bilen kommer i rullning på sluttande mark även om föraren lämnar fordonet. Kraven på parkeringsbromsar är bland andra följande: Fordonet får inte komma i rullning vid en lutning på upp till 16 %, i med- eller motlut och fordonet lastat till totalvikt. Den kraft som behövs på handreglaget får vara högst 392 N, för fordon med totalvikt upp till 3 500 kg. Är parkeringsbromsen fotmanövrerad får nödvändig pedalkraft uppgå till högst 490 N.

Om vägen stiger 16 m på en sträcka av 100 m blir lutningen i procent: 16 = 0,16 = 16 % 100

100 m 16 m

Ett exempel på 16 % lutning. Höjden är 16 % av lutningsplanets längd. Denna lutning motsvarar en bromskraft som är 16 % av bilens tyngdkraft.

Bromssträcka – stoppsträcka Bromssträckan är den sträcka fordonet förflyttar sig från det att själva bromsningen påbörjats till fordonet står still. I stoppsträckan ingår den totala sträckan fordonet färdas från och med det att hindret upptäcks till fordonet står still. Stoppsträckan beror på förarens reaktionstid, bromsarnas kondition och väglaget. Under bromsningen får inget hjul låsas eftersom det ger sämre bromsverkan och styrförmåga. Hur lång reaktionssträckan blir beror på förarens reaktionstid, vilken naturligtvis är olika från person till person. Vid 70 km/h är en genomsnittlig reaktionssträcka ca 19 meter. Vid 90 km/h ökar reaktionssträckan till 25 meter. Längden på bromssträckan är direkt beroende på friktionen mellan däck och vägbana samt den rörelseenergi fordonet har. Vi bortser då från friktionen mellan belägg och bromsskiva eftersom den mycket sällan har någon praktisk betydelse. Rörelseenergin beror på bilens tyngd samt hastigheten. Dubbleras hastigheten ökar rörelseenergin hela fyra gånger vilket innebär fyra gånger så lång bromsReaktionssträcka Ansättning – Tryckuppbyggnad – Bromsning sträcka. Stoppsträcka

Friktionsbroms Friktion är ett viktigt begrepp i bromssystemens funktion. Friktion finns mellan alla ytor som är i kontakt med varandra. Friktion motverkar att ytorna kan glida på varandra. Man kan säga att friktionskoefficienten, friktionstalet, beskriver hur ”halt” det är mellan två ytor. Liten friktion betyder att det är mycket ”halt”. Man vill ha så liten friktion som möjligt i lagringar exempelvis i motorer och i kraftöverföringen, men vid en kraftig bromsning vill man ha stor friktion. Vid en inbromsning trycks bromsbeläggen mot bromsskivorna eller bromstrummorna. Friktionen mellan beläggen och bromsskivorna bromsar hjulens rotation. Den kraft som motverkar rotationen kallas friktionskraft och finns alltid med när friktion motverkar någon typ av rörelse. Hur stor friktionskraften blir i varje ögonblick, bestäms i huvudsak av två faktorer: • Friktionstalet, friktionskoefficienten. Storleken på friktionstalet bestäms vid valet av bromsbelägg och bromsskiva. • Kraften som pressar bromsbeläggen mot bromsskivan. Den kraften beror på hur hårt föraren pressar ner bromspedalen, eller hur hårt olika assistanssystem hjälper föraren att bromsa.

För att kunna bromsa behövs friktion på två ställen.

9 51108254.2.1_Inlaga_2022.indd 9

2022-06-14 08:23


Manöverorgan Färdbromsen hos personbilar manövreras med en pedal. Föraren anpassar den kraft pedalen trycks ned med beroende på hur hård inbromsning som är lämplig. Men hur hårt man än trampar så skulle man aldrig få stopp på bilen om inte kraften på pedalen förstärktes. Kraften behöver förstärkas hundratals gånger för att den kraft som pressar bromsbeläggen mot skiva eller trumma ska bli tillräcklig för en hård inbromsning. Mer om detta i avsnittet Bromsteknologi friktionsbromsar på sida 16. Mekaniska parkeringsbromsar manövreras med spak eller pedal. Även här måste den kraft föraren påverkar reglaget med förstärkas. Oftast görs kraftförstärkningen med hävarmar. Elektriskt drivna parkeringsbromsar manövreras med någon typ av strömställare. När den påverkas ansätts parkeringsbromsen med en eller flera elmotorer.

Kraftöverföring i bromssystem Den kraft föraren påverkar manöverorganen med ska överföras till hjulbromsarna. Hos personbilar sker det på två olika sätt, ett för färdbromsen och ett annat för parkeringsbromsen.

Hydraulisk kraftöverföring

I det hydrauliska bromssystemet utnyttjas Pascals princip, som kortfattat lyder: I ett slutet utrymme helt fyllt med vätska, blir trycket lika stort överallt i hela utrymmet. ”Utrymmet” i detta fall är bromssystemets cylindrar och ledningar, men utrymmets form spelar ingen roll. I praktiken betyder det att om ett tryck skapas i huvudcylindern så kommer samma tryck att finnas i hela bromssystemet. Det vill säga att samma tryck råder i samtliga ledningar, bromscylindrar m.m. förutsatt att systemet inte har några tryckbegränsningsventiler, men sådana finns bara på mycket gamla fordon.

Mekanisk kraftöverföring

I bilens barndom användes mekanisk kraftöverföring även till färdbromsar. Men när man började tillverka bilar där alla fyra hjulen hade bromsar visade det sig vara näst intill omöjligt att få alla hjulen att börja bromsa samtidigt och bromsa jämnt. Numera används mekanisk kraftöverföring enbart för parkeringsbromsar. Kraften överförs från spak eller fotreglage genom hävarmar, stag, länkar och vajrar till hjulens friktionsanordningar.

Vid mekanisk kraftöverföring överförs kraften med vajer eller stag Vid hydraulisk kraftöverföring överförs kraften med trycksatt vätska

10 51108254.2.1_Inlaga_2022.indd 10

2022-06-14 08:23


Varför hydraulik istället för pneumatik?

Ett hydraulsystem måste vara helt fyllt med vätska, ingen luft får finnas i systemet. Anledningen till att all luft måste bort är att luft går att komprimera. Vätska däremot går inte att komprimera, men luftblåsor ”fjädrar” och det blir nästan omöjligt att bromsa. Om det finns tillräcklig mängd luft i ett hydrauliskt bromssystem kan man inte nå det höga tryck som krävs för en normal bromsverkan. Varför kan pneumatiska bromsar använda luft i systemet, när luft saboterar funktionen i hydrauliska bromssystem? Det kan verka märkligt när vi vet att pneumatiska bromssystem används på tunga fordon. I pneumatiska bromssystem på tunga fordon finns en kompressor som komprimerar luft till trycktankar. Här ”lagras” energi som tryck tack vare att luft kan komprimeras. När föraren bromsar leds detta tryck ut till pneumatiska cylindrar vid hjulbromsarna. Trycket är endast ca en tiondel av det tryck som används i ett hydrauliskt bromssystem. För att kompensera det lägre trycket används cylindrar vid hjulen med mycket stor area, därför blir kraften som pressar bromsbeläggen mot bromstrumman eller bromsskivan tillräcklig. Den kraft en kolv i en cylinder kan utveckla, både i hydrauliska och pneumatiska system, är beroende av det rådande trycket och den kolvarea trycket verkar mot.

Luft går att komprimera, trycka samman till en mindre volym. Den energi som krävs för komprimeringen ”lagras”, gasen strävar efter att expandera tillbaka. Därför kan luft användas i fjädringsfunktioner och ”tryckenergi” som lagras i trycktankar.

Elektromagnetisk broms Elektromagnetisk broms används främst i el- och hybridbilar som har elektriska drivmotorer. I el- och hybridbilar används trefas växelströmsmotorer, elmaskiner, som matas av högvoltsbatteriet via en växelriktare som både omvandlar likspänning till växelspänning, och skapar tre olika växelspänningar som är fasförskjutna. Precis som den vi använder i vårt elkraftsystem och i fastigheter. Eftersom motorn även används som generator använder vi ordet elmaskin. I el- och hybridbilar används två olika typer av elmaskiner, båda har en fast stator med lindningar uppdelade för de tre faserna. Det som skiljer elmaskinerna åt är att den ena typen, synkronmaskinen, har en permanentmagnetiserad rotor, medan rotorn i den andra, asynkronmaskinen, har en rotorbur av ett ledande material, ofta koppar. Båda typerna kan användas för att bromsa bilen. Bromsfunktionen bygger på två fysikaliska fenomen: magnetism och induktion. Här beskriver vi endast principen för hur en elmaskin med permanentmagnetiserad rotor kan användas för att bromsa bilen. Mer om elektromagnetisk broms finns i kapitel 8.

11 51108254.2.1_Inlaga_2022.indd 11

2022-06-14 08:23


Magnetiska krafter

Magneter och magnetiska fält har två poler. Poler med samma polaritet stöter bort varandra och poler med olika polaritet dras till varandra. I en trefasig elmaskin skapas i statorn ett roterande magnetfält. Den permanentmagnetiserade rotorns poler reagerar på det fältet och drivs runt av det. Rotorn är förbunden med bilens kraftöverföring och driver bilen. Hur snabbt magnetfältet roterar i statorn styrs via kraftelektronik av en styrenhet. Om varvtalet på magnetfältet i statorn styrs så att det roterar långsammaren än rotorn kommer rotorn och därmed bilen att bromsas. Elmaskinen fungerar fortfarande som en motor, fortfarande roterar ett magnetfält i statorn. Man kan likna funktionen med motorbromsning. Roterande magnetfält i elmaskinens stator

Permanentmagnetiserad rotor förbunden via kraftöverföringen med drivhjulen

När magnetfältet i statorn roterar långsammare än rotorn bromsas den

S

N

AC

Bromskraft

Induktion

När statorns lindningar inte längre matas med en trefasström är de inte längre elektromagneter, de är som vilka lindningar, spolar, som helst. Men den permanentmagnetiserade rotorn har ett magnetfält som sträcker sig in i statorns lindningar. Rotorn är kopplad till drivhjulen. Vid en bromsning kan rörelseenergin hos bilen, via drivhjulen driva runt rotorn. När dess roterande magnetfält skär statorns lindningar induceras en spänning i lindningarna som driver en ström i ledningarna. Den strömmen kan användas för att ladda bilens batteri. Men strömmen som induceras i statorns lindningar skapar i sin tur ett eget magnetfält där som har motsatt riktning mot det fält som inducerade spänningen. Kombinationen av fälten ger rotorn ett ”motstånd” som används för att bromsa bilen. Ju högre ström som tas ut ur lindningarna, desto tyngre är det att dra runt rotorn. Rotorns magnetfält sträcker sig utanför den fysiska rotorn in i statorns lindningar

När rotorns fält skär statorns lindningar induceras en EMK, en spänning

Rotorn drivs av drivhjulen. Den kraft som behövs för att driva induktionen bromsar drivhjulen AC

12 51108254.2.1_Inlaga_2022.indd 12

2022-06-14 08:23


Bromsprovning Man kan säga att ett fordons maximala bromsförmåga bestäms av den ”svagaste länken” av dessa två faktorer: • Väglaget, alltså friktionskraften mellan samtliga däck och vägbanan. • Bromssystemets retardationsförmåga, som är friktionskrafterna vid samtliga bromsbelägg. I praktiken ute i trafiken är det, i de allra flesta fall, friktionen mellan däck och vägbana som bestämmer bromsförmågan, retardationsförmågan. När man gör ett bromsprov finns i regel bästa möjliga friktionskraft mellan däck och bromsprovarens rullar. Därför är det som mäts vid ett bromsprov bromssystemets retardationsförmåga, alltså friktionskraften mellan samtliga bromsbelägg och friktionsytor på bromsskivor och i bromstrummor.

Bromsprovare

En bromsprovare är en anordning som roterar hjulen på samma axel samtidigt som man sitter på förarplatsen och bromsar hjulen. Med en bromsprovare kan man mäta flera viktiga funktioner i bromssystemet. Det är vanligt att nyare bromsprovare är kopplade till en dator med analysprogram. Med hjälp av datorn kan man lagra information från testet, och visa resultatet med hjälp av tabeller och diagram. Här följer en kort beskrivning av de viktigaste testerna som man kan göra med en bromsprovare.

Med en bromsprovare kan du få en utförlig analys av både färd- och parkeringsbromsens funktion. Bild Robert Bosch AB.

Bromskraft Bromskraft för höger och vänster hjul presenteras under hela mätförloppet i kilonewton, kN. Om ett hjul skulle låsas under provet stoppas rullarna automatiskt så att inte däcket slits i onödan samtidigt som mätvärdena fryses. Differens Differens är skillnaden i bromskraft mellan höger och vänster hjul på samma axel. Differensen presenteras som skillnaden mellan bästa och sämsta bromskraft jämfört med bästa bromskraft. Mätvärdet visar alltså hur många procent hjulet med den sämre bromsförmågan avviker från hjulet med den bättre bromsförmågan. Vid en kontrollbesiktning tillåts en maximal differens på 30 %, under förutsättning att bilen inte drar snett vid inbromsning på väg.

Exempel Bromskraften på vänster hjul är 2 200 N och bromskraften på höger hjul är 2 000 N. Skillnaden i bromskraft är 2 200 - 2 000 = 200 N 200 Vi jämför denna skillnad i bromskraft med det bästa värdet: = 0,09 = 9 % 2 200

13 51108254.2.1_Inlaga_2022.indd 13

2022-06-14 08:23



8

El- och hybridbilars bromssystem

I el- och hybridbilar kombineras två tekniker: friktionsbroms och elektromagnetisk bromsning. Den elektromagnetiska bromsfunktionen kan fungera enbart som broms eller både bromsa och ladda högvoltsbatteriet samtidigt. När en bil bromsas med friktionsbromsar omvandlas bilens rörelseenergi till värmeenergi via friktionen mellan bromsbelägg och bromsskivor. Den här värmeenergin strålar rakt ut i luften utan att vi kan använda den till något nyttigt. När elmaskinen samtidigt bromsar bilen och laddar högvoltsbatteriet tas den inbromsade rörelseenergin tillvara och kan sedan användas för att driva bilen. Vad biltillverkare kallar denna funktion skiljer sig åt, men några ord/beteckningar som används ofta är rekuperation, regenerativ bromsning och brake recovery.

När bilen bromsas med en friktionsbroms omvandlas rörelseenergi till värme som värmer luften kring bilen. När elmaskinen bromsar bilen kan rörelseenergin omvandlas till elektrisk energi som laddar batteriet.

Bromsning, rekuperation och coasting När elmaskinen används som motor driver den via kraftöverföringen bilens drivhjul. När den används som broms eller generator driver bilens rörelseenergi, via bilens drivhjul och kraftöverföring, elmaskinens rotor. När man bromsar med en friktionsbroms styrs bromskraften av hur hårt bromspedalen pressas ner, vilket styr hydraultrycket ute i bromscylindrarna. Hur styrs bromskraften vid elektromagnetisk bromsning? Detta kan förenklat beskrivet göras på två sätt. Antingen sänks frekvensen på trefasmatningen till elmaskinen. Detta gör att det roterande magnetfältet i statorn går långsammare än rotorn och bromsar den. När rotorn bromsas så bromsas bilen. Om istället matningen till statorn bryts kommer rotorns magnetfält att skära statorns lindningar och där inducera en elektrisk spänning som växlar polaritet utefter hur snabbt rotorn roterar. Eftersom det finns lindningar kopplade till tre fasledningar får vi en trefasig spänning som driver en trefasig växelström. Denna växelström likriktas i invertern och leds till högvoltsbatteriet. Genom att styra effekten på laddningen

75 51108254.2.1_Inlaga_2022.indd 75

2022-06-14 08:24


styrs bromsverkan. Ju högre effekt batteriet laddas med, desto större bromsverkan. Ju mer rörelseenergi som ska bromsas, desto mer elektrisk energi kan alltså elmaskinen generera. Villkoret för att styrsystem ska välja rekuperation istället för bromsning är att batteriet inte är fulladddat. Om man bryter matningen till statorn och inte laddar batteriet kommer rotorn att varken drivas eller bromsas. Man kan säga att bilen i detta läge har frihjul som på engelska heter coasting. Gaspedalen trycks ner Inverterns inverterns frekvensomriktare ökar frekvensen

Elmotordrift

DC

Inverter

Högvolt

AC

Växelriktare Likriktare Frekvensomriktare

OBS, här visas bara en av de tre faserna Det roterande magnetfältet i statorn roterar snabbare än rotorn och drar den med sig. När frekvensen ökas så roterar magnetfältet i statorn snabbare och bilens hastighet ökar.

DC

Högvolt

Frihjul - coasting Inverter

Gaspedalen stilla.

Växelriktare Likriktare Frekvensomriktare

Om motorn inte behöver driva kan matningen till statorns lindningar stängas av. Bilen går nu på frihjul, så kallad coasting.

DC

Högvolt

Gaspedalen släpps upp. Inverterns frekvensomriktare sänker frekvensen.

Bromsning

Inverter AC

Växelriktare Likriktare Frekvensomriktare

OBS, här visas bara en av de tre faserna Det roterande magnetfältet i statorn roterar långsammare än rotorn och bromsar den. Bilen bromsas. Bromsning med rekuperation

Gaspedalen släpps upp. DC

Högvolt

Inverter

AC

Växelriktare Likriktare Frekvensomriktare

Spänningsmatningen till statorlindningarna bryts. Magnetfältet kring rotorn inducerar växelspänning i statorlindningar. Denna växelström likriktas och laddas upp i batteriet. Ju mer rörelseenergi som rekupereras, desto hårdare bromsning.

76 51108254.2.1_Inlaga_2022.indd 76

2022-06-14 08:24


Bromsteknikerna samverkar Vid normal körning utan hårda inbromsningar kommer bilen i vissa fall bromsas enbart elektromagnetiskt av elmaskinen, utan att friktionsbromsarna används. Vid hårdare inbromsning samverkar den elektromagnetiska bromsen med friktionsbromsarna. Styrningen och fördelningen av bromskraft mellan systemen görs av en styrenhet. Bland annat måste styrsystemet ta hänsyn till att det hydrauliska ABS-systemet fungerar enbart med friktionsbromsarna. Dock använder de olika systemen delvis samma sensorer, exempelvis hjulsensorerna som mäter hjulens rotation. En begränsning med elektromagnetisk broms är att den endast bromsar drivhjulen. Har bilen fyrhjulsdrift kan alla hjulen bromsas, men är bilen framhjulsdriven eller bakhjulsdriven bromsas endast de hjulpar som driver. Den elektromagnetiska bromsverkan kan vara större vid framhjulsdrift eftersom framhjulen klarar att bromsas hårdare än bakhjulen. Andra faktorer som styr och begränsar användningen av elektromagnetisk bromsning är exempelvis: • Hur höga strömmar som kan överföras i batterisystemets ledningar • Vilken mängd energi batteriet klarar att ta emot på en så kort tid som inbromsningen varar • Batteriets laddstatus. Är det nästan fulladdat kan det kanske inte ta emot mycket energi vid inbromsningen • Fördelningen av bromskraft mellan fram och bakhjul • Att den elektromagnetiska bromsen måste samordnas med friktionsbromsarna.

Rekuperation i lågvoltssystem Elektromagnetisk bromsning används också i bilar som inte är utpräglade el- och hybridbilar. Exempelvis kan generatorn på bilar med förbränningsmotorer ladda batteriet eller en kondensator när bilen motorbromsas. Motorbromsning

Laddning 25 V DC

Batteri 25 V DC 12 volt

Vridmoment

Motor

Drivhjul

Generator Varibel 12-25 V AC

Aktuatorer: Aircond. Strålkastare Värmesitsar m.m.

DC/DC-converter 25 V 12 V

Kondensator EDLC Electric Double Layer Capacitor

Normal körning 25 V DC 12 volt Aktuatorer: Aircond. Strålkastare Värmesitsar m.m.

Mazda använder en ”superkondensator” för att ta tillvara rörelseenergi vid motorbromsning. Bild Mazda.

77 51108254.2.1_Inlaga_2022.indd 77

2022-06-14 08:24


Exempel på ett bromssystem för elbilar Beskrivningen här baseras på teknik från Audi. Numreringen i texten syftar till bilden nedan. Bromspedalen (1) har mekanisk kontakt med huvudcylinderns primärkolv. Därför kan tryck byggas upp enbart av pedalkraft även om styrsystemet slutat fungera. Dock krävs en betydligt större kraft på pedalen. Trycket från huvudcylindern kan hindras från att nå ut i hydraulsystemet vid enbart elektromagnetisk broms. Huvudcylindern (2) med två bromskretsar har en eldriven bromsservo med integrerad styrenhet iBRS (3) för bromskontroll samt reglering av hydraulik. Hydrauliken i enheten innehåller hydraulventiler, trycksensorer samt en elmotor med rotationslägessensor m.m. Det tryck som skapas i huvudcylindern då bromspedalen pressas ner kan blockeras vid alla lättare inbromsningar så att det inte når friktionsbromsarna vid hjulen. Även om hydraultrycket inte når friktionsbromsarna och bilen istället bromsas av elmaskinerna får föraren tack vare en tryckackumulator i systemet en normal pedalkänsla. Tryck i hydraulsystemet kan även byggas upp av den eldrivna servopumpen utan att föraren pressar ner bromspedalen. Styrenheten (4) tar emot information om önskad bromsverkan från sensorer och styrenheten iBRS vid huvudcylindern. Här värderas denna information och förs sedan vidare till styrenheten som fördelar den elektromagnetiska bromsningen/rekuperationen mellan elmaskinerna. Styrenheten (5) beräknar hur bromsningen/rekuperation ska fördelas mellan de två elmaskinerna och återkopplar till styrenheten iBRS. Elmaskinen (6) som driver och bromsar framhjulen lägger på det elektromagnetiska bromsmoment som begärts. Elmaskinen (7) som driver och bromsar bakhjulen lägger på det elektromagnetiska bromsmoment som begärts. Friktionsbromsarna (8) ansätts med hydrauliskt tryck. I just denna konstruktion används de endast vid inbromsning med g-krafter som är 0,3 eller större.

4 5 3 1

6

2 7 8 Bild Audi.

Mekaniskt frikopplad bromspedal Eftersom bromspedalen ska kunna styra både friktionsbromsarna som arbetar med hydraulik och den elektromagnetiska bromsen, så måste den frikopplas mekaniskt från bromshydrauliken. Det ska gå att bromsa med bromspedalen genom att elmaskinen laddar högvoltsbatteriet utan att friktionsbromsarna används. Dessutom ska friktionsbromsarna fungera utan att bromspedalen används vid autonom bromsning.

78 51108254.2.1_Inlaga_2022.indd 78

2022-06-14 08:24


Bromspedalen är utrustad med en funktion som kan kallas pedalsimulering. Denna ger samma känsla när man trampar på pedalen som om den var kopplad till ett hydraulsystem. En sensor mäter hur mycket och hur snabbt pedalen trampas ner. Sensorsignalen tolkas av en styrenhet som sedan styr den eldrivna bromsservon och kraftelektroniken för motorstyrningen. Tekniken att mekaniskt frikoppla bromspedalen kallas ibland brake by wire. En direktöversättning skulle kunna vara broms via elledning. Pedalvinkelsensor

Returfjäder Pedalsimulator

Ett exempel på bromspedal för brake by wire. Pedalstället innehåller en returfjäder som återför pedalen när föraren släpper upp foten. Två fjädrar används för att simulera det motstånd man känner i en vanlig bromspedal. Pedalvinkelsensorn är en hallgivare med två oberoende signaler som mäter bromspedalvinkeln. Bild Volvo Car Group.

ePedal, ett hastighetsreglage

I bilar med enbart förbränningsmotor har vi under lång tid använt gaspedalen för att reglera bilens hastighet. Släpps gaspedalen upp snabbt så bromsar motorn med motorbromsning. Beroende på vilken växel som är ilagd, bromsas bilen olika mycket. I el- och hybridbilar kan bromspedalen komma att användas allt mer sällan. Kanske den på sikt försvinner helt. Flera biltillverkare använder en kombinerad gas- och bromspedal som används för att både öka och minska hastigheten. Vissa tillverkare kallar detta ePedal, andra kallar det single pedal driving eller one pedal drivning. När föraren släpper pedalen uppåt bromsas bilen. Tas foten bort helt från gaspedalen stannar bilen helt och hålls i vissa fall även stilla i backar. En tillverkare uppger att friktionsbromsarna endast används för cirka 10 % av all bromsning. I övrigt Reglage för att koppla i och ur görs all bromsning med den elektromagnetiska funktionen ePedal. Bild Nissan. bromsfunktionen. Acceleration

Normal bromsning ofta enbart elmaskin

Hårdare bromsning både elmaskin och friktionsbromsar

Elmaskin

Högvoltsbatteri

Eldriven bromsservo

Acceleration och bromsning kan göras med en pedal.

79 51108254.2.1_Inlaga_2022.indd 79

2022-06-14 08:24


20 Passiv säkerhet I det föregående avsnittet beskrevs aktiva säkerhetssystem vars syfte är att förebygga att olyckor händer. I detta avsnitt behandlar vi passiva säkerhetssystem, passiva säkerhetsfunktioner. Syftet med dessa är att minimera personskador när en olycka händer. Hit räknas alla funktioner som är skadeförebyggande. I detta avsnitt tar vi upp några av de viktigaste passiva säkerhetsfunktionerna. Säkerhets- och assistanssystem Aktiva säkerhetssystem Olycksförebyggande Agerande

Passiva säkerhetssystem Skadeförebyggande

Stödjande

ABS Autonom broms Bromstryckshöjning Bromsskivetorkning Antisladd, stabilitetskontroll Antislir Filhållningspilot Parkeringspilot Adaptiv farthållare Kökörningspilot Aktivt belysningssystem Alkolås

Bältespåminnare Trötthetsvarning Filhållningsvarning Filbytesvarning, BLIS Trafikmärkesinformation Omgivningsvisning Mörkerseende Head up-display Navigation, GPS Trafikinformation Vattenavstötande glas

Deformationszoner Säkerhetsbur Kollapsdon, styrstång, ratt, pedaler Polstring Brandsäkerhet Laminerade rutor Stolar och huvudstöd Bilbälten Bältesförsträckare Krockkuddar Barnsäkerhet Skydd för gångtrafikanter eCall

Exempel på säkerhets- och assistanssystem.

Krockkudde passagerare fram

Huvudstöd

Krocksensor

Deformationszon

Sidokrockskydd med dörrbalk och sidokrockkudde

Deformationszon Krocksensor

Krocksensor

Kollapsdon Säkerhetsbur Krockkudde förarplats

Bältesförsträckare Bilbälten

De viktigaste passiva säkerhetsfunktionerna.

230 51108254.2.1_Inlaga_2022.indd 230

2022-06-14 08:26


Säker kaross En säker personbilskaross ska skydda passagerarna vid frontal- och sidokollisioner samt om bilen välter och rullar. Hur väl karossen skyddar passagerarna testas genom krockprov. Nästan alla nya bilmodeller som säljs i Europa krocktestas av Euro NCAP. Det är frivilligt för biltillverkarna att låta bilarna genomgå testet.

Krockprov

I Euro NCAP:s krocktester krockas bilarna i fyra prov med dockor placerade i bilarna. Dockorna har samma densitet, lemmar och leder som en människa. Med en höghastighetskamera filmas hur dockan rör sig i krocken. En mängd sensorer i dockorna fångar upp rörelser och vilka krafter de utsätts för. Ett test består bland annat av fyra krockar. Krockproven visar hur väl karossen fysiskt skyddar passagerarna, men även hur bilbälten, krockkuddar med mera skyddar.

Frontalkrock 64 km/h där 40 % av frontens bredd träffar en deformerbar yta som ska simulera en annan bils front. Frontalkrockar står för största andelen olyckor där människor skadas allvarligt.

Frontalkrock 50 km/h där hela frontens bredd träffar en styv yta. Detta test ställer höga krav på bilbälten och krockkuddar.

Sidokrock 50 km/h. Ytan som träffar bilen är 1,5 meter. Sidokrockar står för den näst högsta andelen dödsfall och allvarliga skador.

Sidokrock 32 km/h mot en stolpe. Bilen träffar stolpen med en liten vinkel. Här är karossens styvhet och sidokrockkuddar en viktig del av skyddet. Bilder Euro NCAP.

Deformationszoner

Om du lägger exempelvis ett ägg på en cykelsadel och sedan leder cykeln rakt in i en vägg kommer ägget, just i kollisionsögonblicket, att fortsätta framåt i samma fart som cykeln hade just före att den träffade väggen. Att föremål fortsätter sin rörelse på detta sätt innebär att vid en frontalkollision fortsätter kroppar framåt i samma hastighet som bilen hade just före det att bilen stoppades upp. Kroppens massa, tyngd, multiplicerat med hastighetsminskningen, resulterar i en kraft som kan skada kroppen. Men om tiden det tar för bilens rörelse att gå, exempelvis från 50 km/h till 0 km/h, kan ökas kommer den kraft som påverkar bilen och passageraren att minska och därmed kan skadorna på passagerarna begränsas något. Ett sätt att öka tiden det tar för bilen att stoppa upp är att låta karossen på ett kontrollerat sätt deformeras. Även om denna deformation händer på mindre än en sekund är varje bråkdel av den sekunden viktig för att öka tiden det tar från kollisonsögonblicket till det att bilen stoppats.

231 51108254.2.1_Inlaga_2022.indd 231

2022-06-14 08:26


Därför konstrueras bilar med deformationszoner där plåt och balkar på ett kontrollerat sätt deformeras, vecklas samman. Detta gör att hastighetsminskningen, retardationen, går lite långsammare och de krafter som kan skada passagerarna blir lite mindre. Deformationszon heter på engelska crumple zone. Under senare år har konstruktionerna gjorts lite styvare vilket har bidragit till att minska skador på ben och huvud eftersom karossen kring kupén skyddar bättre. Men styvare konstruktioner innebär också att hastighetsminskningar går snabbare. Med styvare, hårdare, konstruktioner måste man ställa större krav på bältessystem och krockkuddar. Deformationszon

Deformationszon

Deformationszon

Säkerhetsbur Deformationszonerna minskar den kraft som passagerare utsätts för vid en krock.

Deformationszonerna deformeras på ett kontrollerat sätt. Kraften fördelas ut i olika delar av karossen.

Säkerhetsbur

En personbilskaross har deformationszoner som minskar den kraft som drabbar passagerarna. Men själva kupén omges av en betydligt hårdare, styvare, konstruktion som inte får vecklas ihop runt passagerarna och skada dem. Karmarna kring dörrarna ska vara så starka att de inte deformeras vid en krock och klämmer fast dörrarna. Det är viktigt att räddningspersonal snabbt kan få upp dörrarna efter en olycka. Dörrarna får inte kastas upp vid en kollision eller om bilen välter så att passagerarna lämnas oskyddade eller kastas ur bilen. Balkarna i taket ska tåla att bilen välter. Sidobalken under trösklarna är en viktig del som inte får kollapsa vid en frontalkollision och inte heller tryckas in för djupt vid en sidokollision. En viktig del av konstruktionen är den så kallade torpedväggen mellan motorrummet och kupén. Den ska vara så stark att den hindrar motorn att tränga in i kupén vid en frontalkollision. Säkerhetsbur heter på engelska safety cage eller safety cell och torpedvägg kan kallas bulkhead. Om karossen ger efter vid en kollision så att säkerhetsburen trycks in kallas det på engelska compartment intrusion.

Konstruktionen kring kupén är styvare och hårdare än deformationszonerna. Bild Volvo Car Group.

Torpedväggen hindrar att motorn trycks in i kupén. Bäst är om motorn och växellådan trycks ner under golvet vid en frontalkollision. Bild Subaru.

232 51108254.2.1_Inlaga_2022.indd 232

2022-06-14 08:26


Sidokrockar Om bilen vid en krock träffas i sidan finns det inte så stor deformationszon som kan dämpa kraften. Därför finns förstärkningen av säkerhetsburen i sidobalken, kring B-stolpen och i dörrarna. Dörrarna har oftast någon form av förstärkningsbalk tillsammans med distansblock av skummaterial som tar upp och fördelar kollisionskrafterna. Kärnan i sidobalken kan exempelvis vara tillverkad av strängpressad aluminium. Detta ger en stark balk med låg vikt som fördelar kollisionskraften till övriga delar av karossen. Med en stark sidobalk ökar chansen att personerna i bilen ska klara av en sidokrock. Men skyddet sätts ur spel om det andra fordonet träffar över balken. Fordon som SUV:ar och terrängbilar som har en hög markfrigång eller lastbilar kan träffa över den skyddande sidobalken.

Sidobalkarna ska kunna stå emot och samtidigt dämpa kraften om bilen träffas i sidan. Bild Sergey 77700 Shutterstock.

Kollapsdon

Vid en allvarlig frontalkollision är risken stor att föraren skadas av ratt och pedaler om de inte är försedda med kollapsdon. Rattaxel och ratt Styrväxeln sitter placerad lågt och långt fram i bilen. Vid en frontalkrock skulle ratten, via rattaxeln, kunna skjutas in i bröstet på föraren. Därför kan rattaxeln vara försedd med kollapsdon som gör att ratten sjunker in om kroppen träffar den. Dessutom är rattaxeln vinklad med flera leder, vilket gör att den viks samman. Kollapsdon på rattaxeln kan exempelvis på engelska heta collapsible joint eller collapsible shaft.

Vid en frontalkrock får inte rattaxeln skjutas in i bilens kupé. Ett kollapsdon i rattfästet gör att ratten viks, samtidigt som rattstången skjuts ihop, exempelvis genom en teleskopkoppling. Bild Volvo Car Group.

233 51108254.2.1_Inlaga_2022.indd 233

2022-06-14 08:26


Pedaler Vid en allvarlig frontalkrock kan förarens fötter skadas av att pedalerna trycks in i kupén. Därför utrustas pedalstället med kollapsdon som gör att pedalerna trycks ner mot golvet vid en krock. Kollapsdonen kan vara mekaniska, men det finns också pyrotekniska anordningar som frigör pedalerna så att de sjunker ner mot golvet. När pedalerna trycks in i kupén kallas det på engelska footwell intrusion.

Före kollision

Vid kollision

Fästpunkt Bromspedal

Polstring

Alla ytor som kan träffa kroppen vid en krock är polstrade med mjuka material som minskar skadorna.

Brand

Bränsletanken måste vara placerad i karossen så att den är så skyddad som möjligt. Den säkraste placeringen är framför bakaxeln. Det ska också finnas anordningar som hindrar bränsle att strömma ut om bilen exempelvis rullar runt.

En bilbrand kan utvecklas mycket snabbt. Det kan vara en bra idé att ha med en brandsläckare i bilen. Bild Kenneth Göransson.

Laminerade rutor

För vind- och bakrutor används laminerat glas. När en vindruta går sönder faller den inte itu i små vassa skärvor. Glasbitarna hålls samman av ett tunt plastskikt. Med en olaminerad vindruta skulle risken för att förare och passagerare skulle skadas av glassplitter vara mycket större. Vid en påkörning av gångtrafikanter hamnar offrets huvud ibland i vindrutan. Vid sådana olyckor minskar risken för skador avsevärt med laminerat glas.

Laminerat glas spricker, men håller ändå i de flesta fall samman. Bild BLUR LIFE 1975 Shutterstock.

234 51108254.2.1_Inlaga_2022.indd 234

2022-06-14 08:26


Stolar och huvudstöd När en bil körs på bakifrån kastas den och allt som är fast monterat i den framåt i en mycket snabb acceleration. Kroppen hos den som sitter i stolen kommer att pressas bakåt mot ryggstöd och huvudstöd när bilen accelererar framåt. Kroppen har stöd av ryggstödet och följer med i accelerationen framåt, men huvudet får inte stöd av nackstödet lika snabbt och kommer därför att, i förhållande till kroppen, fortsätta bakåt till det når huvudstödet, för att sedan kastas framåt. Den här rörelsen av huvudet kallas whiplash, pisksnärt. Om bilen som blir påkörd bakifrån har en dragkrok så kan det förvärra skadorna eftersom dragkroken försämrar funktionen hos den bakre deformationszonen.

Kroppen och huvudet pressas bakåt

Bilen träffas bakifrån och accelererar, kastas, framåt

Huvudet kastas bakåt mot huvudstödet

Bilens acceleration framåt bromsas. Kroppen vill fortsätta i samma fart som tidigare, men hindras av bilbältet. Huvudet kastas framåt.

Bilen accelerar fortfarande framåt

Accelerationen bromsas

Vid en krock bakifrån kastas huvudet bakåt och sedan framåt. Huvudstödet bör justeras in så att det inte är för lågt och inte alltför långt från huvudet. Korrekt injusterat

Rätt höjd men för långt avstånd

Korrekt avstånd men för lågt

Whiplashskador

När huvud kastas bakåt och framåt kan det uppstå skador i ryggradens ligament, diskar samt i nerver, senor och muskler. Enligt Vårdguiden kan hastigheten på den bil som kör på ha så låg hastighet som 6–8 km/h och ändå, om du är oförberedd, kan kollisionen leda till att huvudet och halsryggen utsätts för krafter på upp till 4,5 G, vilket anses vara gränsen för uppkomsten av en lättare pisksnärtsskada. En tillbakalutad sittställning kan öka risken för nackskador. Den här typen av skada är vanligast att man får när bilen körs på bakifrån, men förekommer också vid andra typer av kollisioner. Sedan 1970-talet har fasta huvudstöd successivt introducerats på alla platser i bilen.

Euro NCAP testar whiplashskyddet i nya bilar. Bild Euro NCAP.

235 51108254.2.1_Inlaga_2022.indd 235

2022-06-14 08:26


Dock så har effekten av fasta huvudstöd mot whiplashskador visat sig vara relativt låg. Biltillverkarna har därför utvecklat stolar där huvudstöd eller ryggstöd aktiveras i krockögonblicket för att reducera ”pisksnärten” mellan bröstkorg och huvud. Detta har visat sig skydda bättre mot whiplashskador än fasta huvudstöd. Eftersom whiplashskador är ett stort problem testas nya bilars skydd mot detta av Euro NCAP. En del bilars säkerhetssystem aktiverar bilens bromsar om en bil närmar sig med hög hastighet bakifrån. Den egna bilens acceleration minskas då vid påkörningen, vilket minskar risken för nackskador. Aktiva huvudstöd En metod att förebygga whiplashskador är att huvudstödet rör sig framåt när bilen körs på bakifrån, vilket innebär att huvudet får stöd snabbare. När stöten kommer och kroppen pressas bakåt mot ryggstödet så utlöser den kraften det aktiva huvudstödet som fälls framåt och möter huvudet som är på väg bakåt. Tack vare den minskade rörelsen bakåt minskas risken för whiplashskador. Vid en frontalkollision blockeras mekanismen. Det finns flera olika konstruktioner av aktiva huvudstöd. Men skyddsprincipen är densamma. Att minska huvudets rörelse bakåt. Huvudstöd heter på engelska head restraint.

Två olika konstruktioner av aktiva huvudstöd. När bilen körs på bakifrån så trycks huvudstödet framåt och möter huvudet som då rör sig en mindre sträcka och risken för en whiplashskada minskas.

Aktiva ryggstöd En annan variant av whiplashskydd, än det som beskrivits ovan, är att försöka minska accelerationshastigheten hos hela kroppen. På så sätt minskas problemet med att kroppen kastas framåt tidigare än huvudet. När bilen körs på bakifrån så följer stolen givetvis med eftersom den är fast monterad. Men om man kan minska kroppens accelerationshastighet framåt genom att stolen är lite ”mindre fast monterad” så kommer inte skillnaden mellan kroppens acceleration och det ”stillastående” huvudet att bli så stor. Därför är en lösning att låta ryggstödet ”ge efter” för den kraft kroppens tyngd ger vid en påkörning bakifrån. Om bilen körs på bakifrån pressas kroppen bakåt mot ryggstödet som ger efter vilket minskar accelerationen.

Låspinne knäckt

Låspinne

Låspinnen håller ryggstödet på plats

Låspinnen har gett med sig och ryggstödet flyttas bakåt

Den fjäderbelastade mekanismen gör att ryggstödet kan luta ca 15 grader bakåt

236 51108254.2.1_Inlaga_2022.indd 236

2022-06-14 08:26


Bilbälte De första bältena var tvåpunkts-höftbälte och tvåpunkts-diagonalbälte som låg diagonalt över bröstet. Problemet med tvåpunkts-höftbälten var att bältet orsakade skador i magen. Dessutom veks kroppen framåt och kunde skadas av ratt och instrumentbräda redan vid låga hastigheter. Med tvåpunkts-diagonalbälte gled man lätt under bältet vid en kollision. Knän och ben skadades mot exempelvis instrumentbrädan. Samtidigt kunde halsen skadas. I slutet av 1950-talet introducerades därför trepunktsbältet. De fasta trepunktsbältena var krångliga att använda, man fick manuellt justera längden efter vem som satt i sätet och de satt ofta för löst. I mitten på 1960-talet utvecklades trepunkts-rullbälten, vilket gjorde att flera använde bilbälte. Under 1970-talets början kom lagen om obligatorisk användning av bälte, om det fanns monterat i bilen. Sedan dess har medvetenheten om nyttan av att vara fastspänd ökat. I dag ser de flesta det som naturligt att alltid använda bilbälte. Bilbälten är en del av bilens SRS-system.

Tvåpunktsbälte Fasta infästningspunkter

Tvåpunkts-diagonalbälte Fasta infästningspunkter

Trepunktsbälte Fasta infästningspunkter

Trepunktsbälte Rullbälte

Trepunktsbälte Rullbälte Justerbart övre fäste

Trepunktsbälte Rullbälte Bältesförspänning

Det varningssystem som uppmärksammar förare och passagerare att bilbältet inte är knäppt ingår i Euro NCAP:s bedömning av bilens säkerhetssystem.

Utvecklingen av bilbälten.

Bilbältet är den i särklass effektivaste komponenten i säkerhetsutrustningen i alla bilar. För att öka användningen av bälten är bilar utrustade med ett system som påminner förare och passagerare att ta på bältet. Först när ett barn är äldre än 10–12 år kan de sitta fastspända med bilbälte utan speciella stolar eller kuddar. Bilbälte heter på engelska seat belt eller safety belt. Funktionen för rullbälte heter seat belt locking retractor. Trepunktsbilbälte är i dag standard i personbilar.

237 51108254.2.1_Inlaga_2022.indd 237

2022-06-14 08:26


Personbilsteknik

Bromsar, kaross och chassi Avd. 5, 6, 7, 8

Bromsar, kaross och chassi Sven Larsson Anders Ohlsson

Avd. 5, 6, 7, 8

Bromsar, kaross och chassi är ett omfattande ämnesområde. Bromstekniken byggs samman med allt fler säkerhets- och assistanssystem samt har utökats med elektromagnetisk broms i el- och hybridbilar. Fjädringssystem och styrinrättningar förfinas ständigt. Bilarna förses med fler, alltmer avancerade, aktiva säkerhetssystem. Karosser byggs lättare och med större krav på passiv säkerhet. Klimatsystem i el- och hybridbilar byggs samman med kylning av högvoltsbatteri och kraftelektroniska kretsar. Fordonsteknikers yrkeskunskap måste följa denna tekniska utveckling. PbT Bromsar, kaross och chassi, 2:a uppl. ger en bred introduktion av och detaljkunskaper i modern fordonsteknik. Andra upplagan av boken har uppdaterats efter den senaste teknikutvecklingen på området. Kapitel 20 om aktiv säkerhet har reviderats kraftigt. Även övriga kapitel har uppdaterats eller utökats med nyskrivna avsnitt om bl.a. senaste standarden för märkning av däck, kyl- och värmesystem i elbilar, arbete i AC-system, fjädring och styrinrättning m.m.

Bromsar, kaross och chassi – Avd. 5, 6, 7, 8

Teknikutvecklingen inom fordonsbranschen går snabbt. Det innebär att en bra grundutbildning är en mycket viktig faktor för att framgångsrikt kunna arbeta och utvecklas som fordonstekniker. PbT-serien förklarar teoretisk basfakta och principer, och beskriver hur modern teknik tillämpas i bilens olika system. Innehållet speglar den senaste personbilstekniken.

Andra upplagan

PbT Bromsar, kaross och chassi, 2:a uppl. kan användas för flera av kurserna på fordons- och transportprogrammets inriktning Personbil, inte minst för kurserna Personbilar – basteknik, Personbilar – chassi och bromsar och Personbilar – service och underhåll 2. Övriga faktaböcker i serien är: • PbT Motor och kraftöverföring, 2:a upplagan • PbT Elsystem, komponenter och nätverksteknik, 2:a upplagan • PbT Verkstad, säkerhet och service

ISBN 9789151108254

9 789151 108254

51108254.2.1_Omslag_2022.indd 1

2022-06-14 12:40


Turn static files into dynamic content formats.

Create a flipbook
Issuu converts static files into: digital portfolios, online yearbooks, online catalogs, digital photo albums and more. Sign up and create your flipbook.