BMW, L ABS E IL MODITEC

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1 BMW, L ABS E IL MODITEC La BMW ha sempre prestato molta attenzione alle problematiche legate all inquinamento e alla sicurezza. È stata una delle prime Case ad utilizzare l ABS sulle proprie moto. Analizziamo i principi di funzionamento e la diagnosi di questo importante accessorio. testi e foto di Fabio Carletti Un gruppo posteriore con ruota fonica, sensore magnetico, disco, pinza e trasmissione finale. Da trent anni uso la motocicletta come mezzo di trasporto o per puro divertimento. Con le strade asciutte e pulite mi godo il piacere delle due ruote, ma non apruote si bloccano e si perde il controllo del veicolo. Non molti considerano che l attrito, indispensabile a governare la moto, è generato da pochi centimetri quadri di battistrada che sono a contatto con il terreno. Si tratta di tenere in equilibrio le forze in gioco, in modo da realizzare la massima decelerazione possibile continuando a mantenere il pieno governo della direzione. I primi in assoluto a porsi questo problema sono stati i costruttori di aeroplani, che dovevano assicurare a qualunque pilota la possibilità di fermare l aeromobile nello spazio della pista con qualsiasi condizione climatica. Non era, infatti, pensabile affidare alla sensibilità di un pilota la valutazione della frenata di un mezzo su cui erano imbarcati molti passeggeri. Nacque così l anti-skid, un dispositivo che evitava il bloccaggio delle ruote con la conseguente esplosione dei pneumatici e la rovinosa uscita di pista dell aeroplano. Come già era successo per i freni a disco, l antibloccaggio venne poi adattato per l utilizzo automobilistico e applicato ai mezzi da competizione e di maggior pregio (1978 Bosch). La diffusione, in seguito, ha permesso pena piove o l asfalto è sporco un riflesso automatico al polso destro, quasi come ci fosse una centralina di gestione, mi fa ridurre notevolmente l andatura. Non temo di perdere il controllo della moto in accelerazione o in curva bensì di sentire la ruota anteriore bloccarsi durante una frenata d emergenza e di misurare l asfalto con le ginocchia e i gomiti. Questa sgradevole sensazione deriva dall esperienza fatta in tempi lontani quando, per eccessiva confidenza, la moto mi è scivolata lasciandomi improvvisamente ruzzolare sul pavé bagnato. I principi della fisica che spiegano i fatti sono semplici: se l attrito tra il pneumatico e la superficie stradale è inferiore a quello necessario per ottenere il voluto rallentamento le La moto utilizzata per il test di diagnosi nell aula della scuola meccanici BMW. Il Moditec in funzione, i led verdi indicano lo stato di carica delle batterie. La pagina di ingresso nel sistema di diagnosi che gira in ambiente Windows.

2 l abbattimento dei costi e la realizzazione di sistemi sempre più efficaci e compatti sino a consentirne l impiego anche sui veicoli a due ruote. La Casa costruttrice che per prima ha applicato l ABS alle motociclette è stata la BMW, che già nel 1986 dotava alcuni suoi modelli dell utile accessorio. Cerchiamo di capirne di più: durante la frenata una ruota è sottoposta a un complesso di forze che vengono esercitate sull area di impronta del pneumatico. In pratica, ancor prima di raggiungere il bloccaggio della ruota, si verifica un parziale slittamento in corrispondenza della maggiore forza frenante ottenibile; oltrepassato il valore ottimale, la frenata diminuisce velocemente di efficacia e, insistendo, si manifesta il bloccaggio totale. La massima potenza di frenata si verifica quan- I cavi per l alimentazione e la comunicazione seriale del Moditec. La pagina di scelta del modello da testare. La connessione all elettronica della moto, con l apposita spina normalmente infilata nel finto connettore azzurro di protezione. Il connettore a 12 volt. Si può scegliere se effettuare una diagnosi su ABS o su Motronic. Una volta stabilita la comunicazione viene letta la memoria guasti. Viene richiesta l alimentazione della moto. do la ruota percorre tra il 90% e il 60% della rotazione che compirebbe muovendosi liberamente in relazione alle condizioni dei pneumatici e del fondo stradale. Dunque se tutto è perfetto una ruota esprime la massima frenata quando percorre 0.90 della circonferenza corrispondente a quella descritta in moto libero. Normalmente si arriva a causare sino al 40% di

3 Selezioniamo un difetto emulato. Il Moditec ci indica dove reperire ulteriori informazioni e ci aggiorna sulle nuove tolleranze di montaggio. slittamento. Se invece il coefficiente di aderenza diminuisce, la ruota può trasmettere solo una minore decelerazione per scongiurare uno slittamento totale e percorrere quasi tutti i giri dovuti alla velocità del veicolo. Va sottolineato che sino a quando ci si mantiene nella fascia sicura (frenata lunga e dolce con buona aderenza) il comportamento è stabile e l azione modulabile. Non appena, però, ci si porta verso il limite la situazione diventa critica e basta una piccola variazione nell intensità della frenata per deteriorare l equilibrio tra aderenza e forza d arresto. Tutti i motociclisti hanno sperimentato il piacere di modulare la pressione sulla leva del freno, facendo stridere il pneumatico quasi al limite delle sue possibilità su di una strada diritta e asciutta. Ma altrettanti hanno scoperto come certi virtuosismi siano praticamente impossibili in occasione delle frenate d emergenza, quando si incontrano fondi stradali irregolari e con scarsa aderenza. Tutto a posto? Ci vuole una prova su strada. Ci vengono indicate due verifiche. Pochi manici, e anche loro non sempre, possono essere così sensibili e veloci da modulare al meglio l azione sul pedale o sulla leva anche di fronte ad un ostacolo improvviso. Le cose si complicano ulteriormente in curva perché si aggiunge la forza di deriva, che riduce la porzione di attrito tra strada e pneumatico utilizzabile. La moto allarga la curva quando si agisce con energia sul freno. Questo è dovuto alla diminuzione dell attrito tra strada e pneumatico che provoca un deterioramento della direzionalità, con conseguente prevalenza della forza centrifuga. Qui interviene l elettronica, che è in grado di leggere la velocità della ruota e di mantenere la sua decelerazione nella fascia in cui l attrito continua ad essere costante anche con leggere variazioni di forza frenante. La regolazione avviene molto velocemente, ogni 4 ms, superando di gran lunga le possibilità umane e anticipando il momento in cui anche un piccolo aumento della frenata farebbe diventare assolutamente instabile l attrito tra pneumatico e superficie stradale. Il cervello che attua i calcoli e invia i comandi è un elaboratore elettronico; i suoi occhi e orecchie sono i sensori e le sue mani sono i modulatori della pressione del liquido dei freni montati tra la pompa, azionata dall uomo, e le pinze che agiscono sui dischi. Poiché la sicurezza è il parametro principale i costruttori di questi impianti non si affidano ad un singolo elaboratore che, per quanto perfezionato, può comunque guastarsi, bensì a tre. Ogni ruota ha il suo circuito elettrico e idraulico gestito da un microprocessore, ma un terzo veglia su di loro e non appena rileva un difetto interviene. Se il problema si manifesta durante la frenata il computer di controllo prende il sopravvento e gestisce l operazione sino al termine e poi disinserisce il sistema indicandolo al pilota con l accensione intermittente delle spie ABS. Ogni volta che l impianto viene alimentato automaticamente parte un programma di autotest, che si conclude non appena la velocità del mezzo raggiunge i 4 km/h. Solo se il test viene superato positivamente le spie sul pannello si spengono per indicare un corretto funzionamento. Qualsiasi malfunzionamento che comporti l intervento del circuito di controllo viene memorizzato nella EE- PROM dedicata alla registrazione dei codici di errore e che viene letta dal computer di diagnosi Moditec. Prima di occuparci del sistema di diagnosi vediamo come funziona un sistema ABS. Il compito di un anti-bloccaggio è quello di variare velocemente la pressione del liquido dei freni inviato alla pinza, in modo da evitare la perdita del controllo del veicolo. Le variazioni Un avviso rubato alla sezione Motronic, che evidenzia la complessità dei moderni impianti di gestione elettronica.

4 Ci viene richiesto di togliere l alimentazione. Per finire vanno rimossi i cavi di connessione. Se durante le operazioni non sappiamo dov è un particolare il Moditec ce lo mostra. Il motorino elettrico che fornisce l energia per modulare la frenata. Il gruppo elettronico e meccanico/idraulico dell ABS II. devono avvenire in relazione alla velocità di rotazione iniziale della ruota rispetto a quella ottenuta durante il rallentamento, con un rapporto che tenga a debita distanza eccessivi slittamenti e bloccaggi. La valutazione avviene attraverso il segnale prodotto da impulsori magnetici che leggono i denti di una ruota fonica solidale al mozzo del cerchio. Il sensore produce una tensione variabile modulata in frequenza: maggiore velocità = frequenza più alta; 0 km/h = 0 volt a 0 Hz. La tensione viene interpretata Il connettore a pettine della parte elettrica. All installazione, mettendo a massa alcuni piedini, si programma su che modello di moto l ABS viene montato. Questo serve a rendere noto al computer il peso del veicolo. In primo piano, l albero con le due frizioni magnetiche che trasmettono il moto ai piccoli tamburi sui quali si avvolgono le catene che muovono i modulatori. dal microprocessore, che confronta i valori con quelli provenienti dall altra ruota e quindi pilota il

5 La ruota anteriore con il sensore affacciato sulla ruota fonica. Schema delle forze agenti sul pneumatico. In questo disegno è rappresentato lo schema a blocchi. Diagramma delle forze di frenatura. Spaccato dell ABS I. In questa applicazione il sensore attraversa il carter della trasmissione finale per poter vedere la ruota fonica. modulatore di pressione. Per esempio se la ruota anteriore genera un forte rallentamento, con un trasferimento dei pesi violento al punto da provocare il sollevamento della ruota posteriore, il computer comanda la diminuzione della pressione nelle pinze dei dischi anteriori, per consentire così di ripristinare il contatto tra la ruota posteriore e il terreno e contemporaneamente riduce la pressione nella pinza posteriore, per consentire una rapida ripresa di velocità di rotazione. Solo così si ottiene il pieno controllo della stabilità in congiunzione con la massima decelerazione possibile. Nella prima generazione di ABS la centralina era separata dal modulatore; oggi è un tutt uno, cosa che migliora così l ingombro, la semplicità dei cablaggi e l affidabilità. Anche i modulatori di pressione si sono evoluti in modo da assicurare maggiore velocità operativa, frenata più omogenea e minor consumo di energia. Il controllo della pressione del liquido dei freni nell ABS II, sempre utilizzato da BMW, è ora molto più fine e continuo. Questo risultato è stato ottenuto ridisegnando i modulatori e introducendo il controllo della pressione effettivamente inviata alla pinza dei freni attraverso un sensore dedicato. Le misure vengono fatte ad una cadenza di 4 ms durante una frenata con intervento dell ABS; ogni 8 ms negli altri casi. Con lo strumento di diagnosi Moditec, presente in tutta la rete di assistenza BMW, oltre a controllare l impianto di accensione-iniezione motore è possibile leggere la memoria guasti delle centraline ABS. Come tutti i migliori strumenti di controllo, passo dopo passo guida l operatore nelle manovre necessarie e colloquia con l elettronica di bordo attraverso una porta seriale semplice a tre conduttori (data in, data out, massa). Il computer di

6 Diagrammi della modulazione della velocità della moto equipaggiata con ABS I e della pressione idraulica durante una frenata con bloccaggio. Andamento dei cicli di regolazione con ABS II. Si nota la maggior finezza di regolazione e quindi la superiore efficacia. Nel disegno gli elementi che costituiscono l ABS II montato sulle moto BMW: 1- albero collegato al motore elettrico; 2 - pistone di scarico; 3 - valvola separatrice; 5 - frizione elettromagnetica comandata dal calcolatore; 4 - sensore pressione. diagnosi della BMW è autoalimentato con batterie al nichel cadmio, ma viene anche utilizzata la tensione della batteria del veicolo, prelevandola dall apposita presa di cui tutte le motociclette della Casa bavarese sono dotate. Auto Moto Tecnica Engineering ha realizzato, presso la scuola BMW di addestramento dei meccanici, una prova di diagnosi che ha rilevato quanto sia semplice portare a termine le operazioni di manuten- zione e diagnosi sui sistemi di frenatura, leggere la memoria dei guasti, senza dover smontare particolari della moto se non la sella. Nel Moditec sono memorizzate anche schede che indicano, con chiari disegni, i particolari che vanno controllati e la loro ubicazione sul veicolo. Al termine siamo anche andati a dare una sbirciatina nelle pagine di diagnosi del Motronic, ma di questo parleremo in seguito.