Das Antiblockiersystem (ABS) ist ein technisches System für mehr Fahrsicherheit und weniger Verschleiß an den Laufflächen der Reifen. In der deutschen und auch schweizerischen StVZO heißt es Automatischer Blockierverhinderer (ABV), in Österreich (Kraftfahrgesetz 1967) Antiblockiervorrichtung. Eingesetzt wird es vorwiegend in Kraftfahrzeugen, aber auch in Eisenbahnen und Flugzeugfahrwerken.
ABS wirkt beim Bremsen des Kraftfahrzeugs einem möglichen Blockieren der Räder durch Reduzierung des Bremsdrucks entgegen. Schutzengel fürs Auto (Stand 21. Februar 2017) Hierdurch ermöglicht es beim Bremsen von Straßenfahrzeugen und Flugzeugen einen Erhalt der Lenkbarkeit und Spurtreue. Außerdem kann das System über die Regelung des Radschlupfs den Bremsweg auf nasser Straße verkürzen. Auf trockener Straße oder losem Untergrund – zum Beispiel Schotter oder Schnee – kann sich der Bremsweg dagegen verlängern. Das bei Eisenbahnen „Gleitschutz“ genannte System soll die Bildung von Flachstellen an den Rädern verhindern. Diese verursachen ein charakteristisches Schlaggeräusch während der Fahrt.
hochkant=1.8|alt=ABS Symbol ABS-Symbol im Kombiinstrument
Geschichte Im Jahre 1903 meldete der Franzose Paul Hallot ein Patent für einen Bremskraftregler für Eisenbahnfahrzeuge an.Hans-Rolf Reichel: Elektronische Bremssysteme. S. 43. 1928 erhielt Karl Wessel ein Patent (Nr. 492199) auf einen Bremskraftregler für Kraftfahrzeuge.Hans-Rolf Reichel: Elektronische Bremssysteme. S. 44. Ebenso meldete Robert Bosch im Jahre 1936 seine „Vorrichtung zum Verhüten des Festbremsens der Räder von Fahrzeugen“ zum Patent an (Nr. 671925C). 1940 schlug Fritz Ostwald einen elektromechanischen Bremsregler vor, der im Versuch erprobt wurde.Hans-Rolf Reichel: Elektronische Bremssysteme. S. 49.
Der erste Einsatz eines Blockierverhinderers wurde in den USA von Vincent Hugo Bendix in der Luftfahrt erprobt. Das Flugzeug sollte nach der Landung beim Bremsen aus hoher Geschwindigkeit in der Spur bleiben. Ab 1948 wurde ABS bei Flugzeugen angewendet. ABS war hier von besonderer Bedeutung, da ein blockiertes Rad beim Landen recht schnell überhitzen und so der Reifen platzen konnte.Stand und Entwicklungstendenzen von Antiblockiersystemen. In: Kraftfahrzeugtechnik 12/1981, S. 360–364. Ab 1952 wurden diverse Militär- und Verkehrsflugzeuge mit dem von Dunlop Rubber entwickelten Maxaret-Anti-Skid ausgerüstet.www.aviationancestry.com. Dunlop Maxaret Anti-Skid. Abgerufen am 26. November 2009. Im Jahre 1961 meldete die Firma Pohlig-Heckel-Bleichert ein Antiblockiersystem für Drahtseilbahnen an. Erfinder war Gerhard Bachmann (Patent 1252228). Das System sollte das Pendeln der Kabinen beim Abbremsen verhindern. Erstmals kam es zum Einsatz in der Eibseebahn (Zugspitzbahn) und galt als weltweit einmalig.
Prinzip mini|Bosch ABS 2, Steuerung (1978) mini|Deaktiviertes ABS bei einem Rallye-Fahrzeug: beide Vorderräder blockieren beim Anbremsen (100 % Schlupf) Hauptziel des ABS bei Straßenfahrzeugen ist, das anhaltende Blockieren der Reifen zu vermeiden, um das Fahrzeug auch während einer Vollbremsung lenkbar zu halten. Bei Blockieren der Reifen ist keine Übertragung von Seitenkräften möglich, weil das Fahrzeug über die gesamte Aufstandsfläche der Reifen rutscht; ein Lenkeinschlag bewirkt dann keine Richtungsänderung.
Je nach Fahrbahnbeschaffenheit, Reifenzustand und Qualität des ABS kann selbiges zu einer Verkürzung oder aber zu einer Verlängerung des Bremswegs führen im Vergleich zu einem Fahrzeug ohne ABS. Der Sicherheitsgewinn durch Erhalten der Lenkbarkeit überwiegt fast immer gegenüber dem Risiko eines etwas verlängerten Bremsweges.
Die maximale Bremsverzögerung wird in Abhängigkeit von Fahrbahnbeschaffenheit und Reifen bei etwa 8–25 % Schlupf erreicht.B. Breuer, K. Bill: Bremsenhandbuch, 2006, S. 21. 20 % Bremsschlupf bedeuten, dass im selben Zeitraum, in dem das Fahrzeug einen Weg von einem Meter zurücklegt, die Räder nur 0,8 Meter abrollen. Nach dem Erreichen des Bremskraftmaximums – also jenem Schlupfwert, bei dem die höchste Verzögerung erzielt wird – wächst der Schlupf bei sinkender Bremskraft weiter an, bis das Rad schließlich blockiert (= 100 % Bremsschlupf). Im blockierten Zustand wird nur noch über Gleitreibung abgebremst.
Der punktuelle Abrieb am Reifen kann einen Bremsplatten verursachen.Bert Breuer, Karlheinz Bill: Bremsenhandbuch, 2006, S. 111. Bereits eine einzige Vollbremsung (Blockierbremsung) aus 130 km/h auf trockener Beton-Fahrbahn kann die Reifen unbrauchbar machen, wenn kein ABS wirkt.
Aufbau und Wirkungsweise mini|250px|4-Kanal-ABS in einem 1995er Fiat Punto.Kennzeichen sind die vier einzeln zu den Rädern geführten Bremsleitungen und die elektronische Steuerung rechts unter dem mit „ABS“ beschriebenen Deckel.
Die ersten ABS-Anlagen waren 3-Kanal-Systeme, d. h. der Bremsdruck wurde für die beiden Vorderräder einzeln, für beide Hinterräder gemeinsam gesteuert. Seit vielen Jahren kommen in neu zugelassenen Pkws ausschließlich 4-Kanal-ABS zum Einsatz, die alle Räder einzeln steuern.Schema eines Antiblockiersystems
Eine ABS-Anlage folgt einem anderen Prinzip als die vorher standardisierten Zweikreisbremsanlagen, bei der aus Sicherheitsgründen (Redundanz) je zwei der vier Radbremszylinder von dem Tandemhauptbremszylinder betätigt wurden. Doppelte Geberzylinder werden aufgrund der hohen Zuverlässigkeit heutiger Systeme hinfällig. Mit einem 4-Kanal-ABS kann in jedem der vier Radbremszylinder der Druck einzeln gemindert werden.
mini|ABS-Sensoren als passive Induktionsgeber.
An jedem Rad sitzt eine Loch- oder Zahnscheibe, die von einem Induktions- oder bei neueren Fahrzeugen einem Hallgeber abgetastet wird. Damit wird die Raddrehzahl gemessen. Bei konstanter Bremskraft verringert sie sich proportional zur verstrichenen Zeit. Die Drehzahl eines Rades nimmt sprunghaft ab, wenn es die Bremskraft nicht mehr auf die Fahrbahn übertragen kann, da es selbst das Bremsmoment aufnehmen muss. Diesen Drehzahlsprung erkennt die Steuereinheit und mindert den Bremsdruck an diesem Rad.
Im hydraulischen Teil des ABS üblicher Konstruktion sind an der zu jedem Rad führenden Druckleitung zwei Magnetventile angebracht. Zuerst sperrt das erste Ventil die Leitung zum Hauptbremszylinder. Sinkt die Drehzahl weiter, so wird mit dem zweiten, im Ruhezustand geschlossenen Ventil Bremsflüssigkeit abgelassen, wobei der Bremsdruck sinkt. Diese Flüssigkeit wird mit einer gleichzeitig anlaufenden elektrischen Pumpe in den Raum und auf das Druckniveau zwischen Hauptbremszylinder und dem ersten Magnetventil zurück gefördert. Ansonsten würde die Flüssigkeit dort fehlen und das Bremspedal würde weiter durchgetreten, wenn das erste Magnetventil nach Drehzahlerhöhung wieder öffnet, das Bremspedal wäre bald ganz durchgetreten und Bremsen nicht mehr möglich. Wenn die Raddrehzahl wieder angestiegen ist, schließt das Ablassventil und das Druckventil öffnet. Dieses Arbeitsspiel wiederholt sich etwa 10 Mal pro Sekunde, bei Motorrädern 15 Mal pro Sekunde. Die Druckerhöhung infolge des Rückpumpens wird am Pedal mit dem Fuß als Vibrieren wahrgenommen. Durch das automatische, schnelle Stottern der Bremsen ruckelt und rattert das Fahrzeug. Gemäß dem Grundkonzept der hydraulischen Trennung in zwei Kreise sind zwei Pumpen vorhanden (oft aber mit nur einem Elektromotor angetrieben).
Bei mäßigem Bremsen im normalen Fahrbetrieb und bei Ausfall des ABS wirkt das Bremssystem wie eine normale Zweikreisanlage. Der Bremsdruck vom Hauptzylinder wirkt über die offenen Leitungen ungemindert auf die Radzylinder. Die beiden Ventile (acht pro Vierradfahrzeug) werden im Ruhezustand mit Federkraft offen (erstes Ventil) beziehungsweise geschlossen (zweites Ventil) gehalten. Die Bremse funktioniert so auch bei Stromausfall.
Die Signale von den Drehzahlgebern verarbeitet eine zentrale Steuereinheit. Unterhalb einer Mindestgeschwindigkeit (etwa 6 km/h) wird das ABS abgeschaltet. Beim Einschalten der Zündung und beim Einschalten des ABS nach Überschreiten der Mindestgeschwindigkeit testet sich das System selbst. Erkannte Fehler werden in einen elektronischen Speicher eingeschrieben, um die Fehlersuche bei Defekten zu erleichtern.
Bei Lkw mit Druckluftbremsanlagen wirkt das ABS nach dem gleichen Prinzip. Da ein Luftkompressor permanent arbeitet, entfallen die Rückförderpumpen für die abgelassene Luft. Die zusätzlichen Ventile befinden sich direkt bei den Radbremszylindern, denn Luftdruckänderungen von einem zentralen Punkt aus über lange Leitungen kämen zu spät bei den Rädern an. Druckänderungen in hydraulischen Systemen haben wesentlich kürzere Laufzeiten. (Höhere Schallgeschwindigkeit in Flüssigkeiten)
Zusatzfunktionen
Bremskraftverteilung Neuere Versionen des ABS übernehmen auch die Bremskraftverteilung (elektronische Bremskraftverteilung – EBV) zwischen Vorder- und Hinterachse (4-Kanal-Systeme) und ersetzen damit früher übliche mechanische Regler (Bremskraftverteiler), die teilweise noch bei Lkw eingebaut 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 das Bremsen gereinigt wurden und so Korrosion an der Oberfläche oder Schmutz die Bremswirkung reduzierte.
Weiterhin gehört zu neueren Systemen auch die Notraderkennung. Noträder haben einen kleineren Abrollumfang und drehen sich daher schneller, so dass das ABS im Falle einer Vollbremsung die Rückmeldung von dessen Drehzahlsensor korrekt verarbeiten kann.
Seit 2014 ist in der EU verpflichtend, dass zusätzlich zum ABS auch eine Fahrdynamikregelung (Electronic Stability Control, ESC) eingebaut ist.
Giermomentabschwächung mini|-Split
Wenn sich das Fahrzeug auf einer Fahrbahn mit unterschiedlichen Reibwerten zwischen der rechten und linken Seite befindet (beispielsweise Schnee oder nasses Laub am Fahrbahnrand), würde sich bei einer plötzlichen Vollbremsung ohne ABS ein Moment um die Gierachse zur Seite mit der höheren Haftreibung einstellen (Giermoment), weil die Fahrzeugseite auf dem griffigen Untergrund stärker gebremst wird als die Seite auf dem glatten Untergrund. Bei der Fahrzeugabstimmung des ABS sorgen die Hersteller dafür, dass der Bremsdruck des Rades auf griffigem Untergrund nicht so schnell stark ansteigt, wie es physikalisch möglich wäre. Dadurch erhält der Fahrer zusätzliche Reaktionszeit, um durch Gegenlenken zu reagieren.B. Heissing: Fahrwerkhandbuch, 2007, S. 515. Die Zeit, die das ABS braucht, um auf griffigem Untergrund zur vollen Bremsleistung zu kommen, ist abhängig von der Herstellerphilosophie. Sie ist bei sportlichen Fahrzeugen üblicherweise kürzer als bei Limousinen. Durch den verlangsamten Aufbau der Bremskraft verlängert sich auch der Bremsweg. Dies wird jedoch angesichts der Vorteile hinsichtlich der Fahrzeugkontrolle in Kauf genommen.
Inzwischen gibt es auch Systeme, welche die Giermomentenabschwächung durch einen automatischen Eingriff in die Lenkung ersetzen.B. Heissing: Fahrwerkhandbuch, 2007, S. 504. Bei einem aktiven Gegenlenken mittels einer Überlagerungslenkung (Aktivlenkung) entfällt die Verlängerung des Bremsweges durch die Giermomentabschwächung.
Offroad-ABS