Techniek: 20 jaar ABS
In 1988 presenteerde BMW de eerste in serie gebouwde motorfiets met ABS. Sindsdien heeft de technische ontwikkeling een enorme sprong gemaakt en lijkt ABS nu ook door te dringen in het supersportsegment, bij de cruisers en de scooters. Een reportage om te kijken waar we na 20 jaar ABS staan.Zelfs in het Europese parlement heeft het al op de agenda gestaan: mogen nieuwe motoren zonder ABS eigenlijk nog wel op de weg worden toegelaten? Natuurlijk het zou dé manier zijn om de motorindustrie te dwingen nog meer energie te steken in deze veiligheidsvoorziening,en zo te zorgen dat op den duur vrijwel alle nieuwe motoren met ABS worden geleverd. Een belangrijke ontwikkeling en nobel streven waar iedereen zich waarschijnlijk wel in kan vinden. Maar ook zonder die verplichting zijn we al een eind op de goede weg: van alle nieuw toegelaten motoren is bijna de helft voorzien van ABS. Met name de sportieve machines en de customs blijven achter op dit vlak, terwijl ABS juist bij motoren eigenlijk van levensbelang kan zijn.Laten we eerst nog eens een keer bekijken waarom een blokkerend wiel zo gevaarlijk en oncontroleerbaar is. Grof gezegd zal het je eigenlijk totaal worst wezen of je wiel al blokkerend over het asfalt stuitert of net op de grens van een slip balanceert. Op het eerste gezicht ben je zelfs geneigd om te zeggen dat een geblokkeerd wiel de beste remvertraging geeft, omdat het zich immers voor 100% tegen de rijsnelheid van de motor verzet. Precies hier ligt echter het heikele punt waar het bij het optimaal remmen om gaat. Zo gauw de combinatie van rubber en asfalt van vastbijtende grip overgaat in een meer glijdende grip op het wegdek, dan keldert de wrijvingscoëfficiënt. Dit effect herkent iedereen die probeert een zware vracht over de grond te slepen: zodra je de boel eenmaal in beweging hebt, gaat het opeens veel gemakkelijker. Hetzelfde principe geldt dus ook voor de band, die voor een optimale grip – en dus de hoogst mogelijke vertraging – héél iets (ongeveer 1 tot 5 %) doorslip moet hebben. Een geremde band met bijvoorbeeld vijf procent slip, legt bij een rijafstand van een meter in werkelijkheid maar 95 centimeter af. Door dit geringe verschil in snelheid tussen het wegdek en het loopvlak van de band graaft de band zich als het ware in het ruwe asfaltoppervlak, waardoor een optimale grip mogelijk is.Het grootste obstakel bij dit optimale samenspel tussen band en wegdek is echter de mens, die geacht wordt het smalle grensgebied tussen een zo efficiënt mogelijke vertraging en een blokkerend voorwiel met behulp van hand- en voetkracht te beheersen, zonder dat hij dit objectief kan aanvoelen. Helemaal netelig wordt het in een noodsituatie, wanneer de paniekreactie een gecontroleerde en gedoseerde remingreep zo goed als onmogelijk maakt. En blokkeert het wiel daadwerkelijk, dan is de kans groot dat het volledig mis gaat, aangezien een blokkerende band nauwelijks krachten kan overbrengen, dus ook geen zijwaartse beweging van bijvoorbeeld een stuurbeweging. Sterker nog: een blokkerende band verliest elke stabiliteit, omdat de stabiliserende middelpuntvliegende kracht van het draaiende voorwiel ineens wegvalt. Op basis van de hierboven genoemde natuurkundige wetten werden al in de jaren dertig van de vorige eeuw patenten voor niet-blokkerende remmen aangevraagd. In het midden van de jaren ‘70 deed ABS zijn intrede in de automobielsector, met voorop het Bosch-ABS in de modellen van Mercedes. In 1983 testte motorlegende Helmuth Dähne het halfmechanische ABS van de Engelse fabrikant Girling in een BMW-motorfiets. De topcoureur (nog steeds recordhouder op de Nordschleife van de Nürburgring!) was meteen enthousiast: “Bij nat weer is het systeem zelfs ervaren motorcoureurs de baas!”Toch zou het nog tot 1988 duren voordat BMW een productierijp ABS-systeem had en het ‘hufterproof-remsysteem’ introduceerde in de motorwereld. Zij maakten daarmee de weg vrij voor een geheel nieuwe ontwikkeling, waar de Japanners zich in eerste instantie slechts schoorvoetend bij aansloten. De BMW-rijders zelf waren makkelijker te overtuigen: hoewel het systeem in die dagen nog tien kilo zwaar was en ruim 2000 (toen nog) gulden kostte, bestelde toch het grootste deel van de K-rijders deze extra erbij. Pas in 1991 ging ook Honda overstag en rustte hun ST1100 Pan European ook uit met ABS-remmen. Tegenwoordig profiteren ook veel middenklassers van de inmiddels veel lichtere, goedkopere en beter werkende remhulp. Slechts twee motorcategorieën vormen tot op heden nog een uitzondering waar het op deze innovatieve veiligheidsvoorziening aankomt: supersports en choppers/cruisers. Bij die laatste misschien zelfs wel begrijpelijk, je remt immers grotendeels met het achterwiel aangezien daar het zwaartepunt ligt. Ook is de rijstijl van de gemiddelde cruiserrijder niet dermate sportief dat er constant tot op het bot geremd wordt. Toch is wat extra zekerheid – en een extra verkoopargument – achter de hand nooit weg, dat lijken meerdere fabrikanten zich nu te realiseren. Ook bij de supersports is er een kentering gaande. Daar werd het ABS tot dusver buiten de deur gehouden om gewichtsredenen, maar de 2009-modellen van de Honda CBR600RR en de CBR1000RR Fireblade kun je desgewenst ook met ABS bestellen. Het zou ons niet verbazen als Honda ook in dit segment een voortrekkersrol vervuld en de andere Japanse merken zullen volgen, net als bijvoorbeeld Ducati, waarvan de woordvoerder in MotoPlus 20 ook al vertelde dat veiligheid bij hen steeds meer een issue is en dat Ducati dus bezig is met de ontwikkeling van ABS en traction control.Om het probleem van het remmen met cruisers en supersportfietsen helder te krijgen, voerden we een test uit met drie verschillende motorfietsen. Als vertegenwoordiger van de zware cruiser-categorie verscheen een Suzuki M1800R aan de start. Een fiets met de enorme remmen van een supersport, geen ABS, 348 kilo schoon aan de haak èn een heel laag zwaartepunt. De tweede testmachine was de BMW HP2 Sport, een sportieve fiets die geheel volgens de BMW-traditie is uitgerust met ABS. En met Metzeler K3 racebanden om de velgen, amper 200 kilo zwaar en 320 mm remschijven heeft deze sportboxer ongeveer alles in huis voor een recordpoging ‘korte remweg’.Als referentie voor een geweldig gebruiksvriendelijk en betrouwbaar modern ABS-systeem kozen we voor de Honda CBF1000. Deze populaire machine is bij eerdere testen steeds met lof overladen, met name als het over het verfijnde ABS-remsysteem gaat. We mogen deze CBF gerust zien als de standaard als het gaat om veilig remmen in de populaire allround-klasse. De eerste standaardproef: noodstop vanaf 100 km/uur op droog en stroef asfalt. Een uitdaging die voor onze geroutineerde testrijders een tamelijk onschuldige opgave is, omdat ze dit soort metingen min of meer dagelijks doen.Echter niet met de Suzuki: de in de loop der jaren ingeslopen gewoonte om met langzaam toenemende druk hoofdzakelijk met het voorwiel te remmen, werkt hier niet. Het voorwiel trekt onmiddellijk meterslange zwarte strepen over de weg, wil dwars gaan staan, worstelt in zijn spoor en maakt de enorme massa knap onrustig. Pas na een dozijn teststops vindt de testrijder de juiste balans tussen voor- en achterrem. Die laatste heeft zoals gezegd bij de lage en van achteren zwaardere cruisers en customs een veel belangrijker rol dan bij andere motortypes. Ben je eenmaal gewend aan het remgedrag van de M1800, dan is er trouwens ook met deze mastodont een verbazingwekkend korte remweg van rond de 41,5 meter (een vertraging van 9,3 m/s²) te realiseren. Let wel, dit haal je pas nadat ja zoals deze zeer ervaren, professionele rijders op een afgesloten circuit stap voor stap je grenzen hebt kunnen aftasten. Zo ineens ‘out of the bleu’ deze remvertraging realiseren is vrijwel onmogelijk. Hoe zou een hobbyrijder dit in de praktijk moeten aanpakken? Het gevaar blijft bestaan dat je voor te hard wilt remmen, het wiel blokkeert en dus het risico tot vallen hebt.De oorzaak van het makkelijke blokkeren van het voorwiel ligt in de combinatie van een grote wielbasis en een extreem laag en ver naar achteren liggend zwaartepunt. Daardoor rust er relatief weiunig gewicht op het voorwiel. Zelfs bij de ideale en maximale rembelasting rust nog maar 85 procent van het totaalgewicht op het voorwiel. Logischerwijs kan dan ook maar 85 procent van de remkracht op het voorwiel worden overgedragen. Een stoppie is dus feitelijk onmogelijk, bij een hoge snelheid glijdt het voorwiel gewoon onder je vandaan. Het achterwiel moet dus de resterende 15 procent van de aslast, en dus van de remkracht, overbrengen. Daarom is met choppers en cruisers altijd jongleren langs de slipgrens, wat nog wordt versterkt door het feit dat de ver naar achteren zittende, ‘inactieve’ bestuurder maar weinig gevoel met zijn voorwiel heeft.Ongeacht het type motorfiets is in een noodsituaties de snelle opbouw van remkracht altijd een moeilijke, maar wèl beslissende fase in het remproces. Bij een dynamische verandering van de wiellast loopt de remkracht namelijk wat achter. Als je tijdens een panieksituatie vol in de ankers gaat, blokkeert het voorwiel meteen. Pas wanneer de voorvork induikt als gevolg van de veranderende aslastverdeling, kan je de maximale remvertraging overbrengen. Veel racers tikken daarom eerst zachtjes de achterrem even aan, simpelweg om ervoor te zorgen dat het voorwiel iets belast wordt, om een fracte van een seconde later keihard remdruk op te bouwen in het voorremsysteem. En het blijft een kunst: in een zo kort mogelijke tijd remdruk opbouwen op het voorwiel en optimala vertragen, zonder dat het voorwiel blokkeert. Om exact die reden is ABS tijdens een noodstop zo hulpvol. Een ander sterk punt van ABS is het gedrag bij veranderende wrijvingsverhoudingen. Of in gewoon Nederlands: bij een abrupte verandering van het wegoppervlak wordt de remvertraging direct aangepast. Bij de test met de Suzuki simuleerden we dit met behulp van één meter brede zandstroken. Hiermee test je de reactietijd van het antiblokkeersysteem, of in het geval van de ABS-loze Suzuki: die van de berijder. Waarbij zelfs de professionals onder deze omstandigheden alleen de achterrem vol durven te gebruiken en de voorrem maar half, ook als het slechts gaat om stroken zand, afgewisseld met stroeve asfaltgedeeltes.Wat een mens slechts met veel oefening en een gezonde dosis moed lukt, krijgt een goed ABS achteloos en met een perfecte rembalans meteen voor elkaar. Helemaal op een chopper of een cruiser, die bij een noodstop nooit een stoppie zullen maken. Bij dit soort motoren is er dus geen gevaar voor het ‘over de kop slaan’ en hoeft het ABS dus enkel te zorgen voor de perfecte doorslip van de band en dus de hoogst haalbare vertraging.En daarmee zijn we meteen bij de noodstop met de BMW HP2 Sport aanbeland. Volgas de aanloop nemen, vlot doorschakelen en bij het markeerpunt vol in de ankers! Om diezelfde ankers heel iets later alweer te moeten lossen om een voorwaartse salto te voorkomen. De testrijder en de mensen langs de testbaan schudden hun hoofd vol ongeloof. ABS of niet, de BMW maakt een wel heel agressief stoppie en dreigt met bestuurder en al voorover te slaan! Het ABS kan prima inspelen op de wrijving tussen band en wegdek, op sportfietsen komt er nog een heel ander punt om de hoek kijken: de enorme gewichtsverplaatsing bij het stevig remmen, waarbij de relatief korte wielbasis en hoge zwaartepunt ervoor zorgt dat de motor over de vooras dreigt te kantelen. Dit soort capriolen maken het toepassen van ABS op sportfietsen meteen tot een geliefd gespreksonderwerp aan de stamtafel in de kroeg of in het clubhuis van de motorclub.Hoewel de ABS-elektronica van de BMW over een zogenaamde ‘overslag-herkenning’ zou moeten beschikken, komt het achterwiel bij een stevige remactie toch met het grootste gemak flink los van het asfalt. Als je er als rijder op durft te vertrouwen, blijkt de boxer met ingeschakeld ABS al na 39,4 meter (9,8 m/s²) stil te staan, zolang je het achterwiel onder controle kunt houden tenminste, want hier blijft ene dosis rij-ervaring om de hoek kijken en is het ABS alleen niet zaligmakend!Bij sportfietsen is meestal niet alleen de wrijving tussen band en wegdek de bepalende factor voor de remweg, maar de neiging tot het maken van een stoppie, of zelfs het ‘over de kop slaan’. Dit gevaar tot overslaan zorgt er in de praktijk vaak voor dat de maximale vertraging op droog wegdek niet wordt gehaald met sportfietsen.De remtest waar wisselend wegdek wordt gesimuleerd middels de zandstroken, laat zien dat het probleem hier zelfs nog groter wordt. Amper heeft het ABS op het zand gereageerd en blokkeren van het voorwiel voorkomen, of de remklauwen grijpen op het stroeve asfalt zo fanatiek toe, dat het achterwiel meteen weer omhoog komt. Het ABS op van de HP2 Sport stelt wat dat betreft enigszins teleur en verkeert nog niet echt in een bevredigend stadium van ontwikkeling. Eerlijk gezegd denken we dat de nieuwe Honda Supersport-ABS, zoals die in 2009 leverbaar wordt op de CBR-ren, weer een duidelijke stap voorwaarts zal zijn. Dat is Honda bijna aan zijn stand verplicht want op het gebied van ABS en totale rembediening heeft dit merk de normen bepaald. En de laatste jaren een flinke voorsprong opgebouwd!Om dat laatste te ondervinden en een fijn regelend en niet te agressieve ABS te testen, reden we het testparcours ook met de Honda CBF1000. Deze remt zo goed en vertrouwd, dat je er zelfs in de bochten, onder een hellingshoek, mee kunt ankeren. Want hoewel alle fabrikanten te kennen geven dat ook een ABS-remsysteem zijn grenzen heeft en met name in een bocht beperkt werkt, durfden we met deze Honda ABS zelfs de toptest-cirkelbaan bij een hellingshoek van 35º vol in de voorrem te knijpen. Het gevolg was dat het voorwiel volgens de meetapparatuur in een slip van twintig procent kwam. Ver verwijderd van blokkeren dus, waardoor een val efficiënt werd voorkomen. Des te harder echter moest de testrijder knokken tegen de sterke stuurreactie, want bij het remmen in de bocht draaide de voorvork en het stuur bijna tien graden naar binnen en wilde de Honda zich abrupt sterk oprichtten. Dit gedrag is echter niet toe te schrijven aan de Honda of het ABS, maar meer de totale geometrie van balhoofdhoek, naloop en breedte van de banden. Het gedrag treed ook bij alle soortgelijke motoren op, waarmee je onder een hellingshoek stevig zou remmen. De oplossing zou hierbij liggen in een ABS dat afhankelijk van de hellingshoek de remdruk aangepast gedoseerd opbouwt. Voor een dergelijke intelligente aansturing moeten de sensoren echter veel meer parameters registreren, die het ABS niet alleen meer geschikt voor bochten maakt, maar in zijn totaliteit gevoeliger en veiliger.Het grootste probleem van de huidige generatie ABS-remmen is dat, ondanks het gebruik van snelle computers, ze niet in staat zijn om de kritieke rijomstandigheden direct te herkennen en ook meteen om te zetten in een daarbij passende remdruk. Voorbeeld hiervan is de ver omhoog komende achterpartij van de BMW in deze test. Hier begint het probleem al met het analyseren van de omstandigheden en het herkennen van een op handen zijnde voorwaartse duikeling. Om in echter in elke denkbare situatie alle rol- en knikbewegingen te registreren, zou de boordcomputer over een gyroscoop moeten beschikken, zoals die onder andere ook in helikopters is te vinden. Vooralsnog werkt de ‘overslag-herkenning’ van de BMW ABS-computer enkel aan de hand van een waarschijnlijkheidsberekening: uit de actuele vertraging en het slipgedrag van voor- en achterwiel, wordt berekend of het achterwiel omhoog komt. Daarbij maken de computers nogal eens een rekenfout, waardoor het ABS al ver voor het daadwerkelijke blokkeren in werking treedt, bijvoorbeeld bergafwaarts of op een hobbelige weg. Bij sommige andere ABS-systemen is dit overigens wel heel eenvoudig opgelost door simpelweg de maximale vertraging te begrenzen. Die maken dus nooit een stoppie, maar zullen ook nooit de kortst mogelijke remweg realiseren.Hoe je het ook wendt of keert, bij een dreigende koprol voorover is er maar weinig tijd om de remdruk tijdig en berekenend af te bouwen. Reden daarvan is dat het duiken van de voorkant en de optredende voorwaartse krachten op zo’n moment gewoon niet tegen te houden zijn. De oplossing hiervoor is een referentiesensor in het voorwiel, die bij een bepaalde overschrijding tijdens het opbouwen van de remdruk al meteen kan herkennen of er de mogelijkheid tot vooroverslaan zich kan voordoen. Additioneel kunnen ook infrarood-sensoren worden ingezet, die de temperatuur van het rubber van zowel voor- als achterwiel meten en zo het systeem bij iedere remingreep van nuttige informatie voorzien. Per slot van rekening heeft de kleefkracht van een band, die erg afhankelijk is van de temperatuur, veel invloed op de remweg en daarmee op de maximaal mogelijke vertraging van het systeem.Een ander groot probleem bij tweewielers is de dynamische aslastverdeling, die zich niet door het ABS zelf, maar wel door een doordachte, bliksemsnel uitgevoerde geometrieverandering laat beïnvloeden. Een manier om het zwaartepunt nog voor het remmen te verlagen en daardoor meer druk op de achterkant te krijgen, is een hydraulisch of elektronisch aangestuurde niveauregeling aan de achterkant. Honda heeft bij het nieuwe ABS op de CBR600RR en de Fireblade voor een meer geraffineerde weg gekozen: voor- en achterrem zijn bij deze machines gecombineerd en bij het remmen wordt altijd – zonder dat je het als bestuurder merkt – eerst de achterrem geactiveerd. Hierdoor wordt de voorvering iets voorgespannen, wat de overslagneiging sterk vermindert.Eén ding is duidelijk: de motorfietstechniek zal zich in de toekomst naast de brandstofbesparing ook steeds meer toeleggen op de ontwikkeling van actieve veiligheidssystemen. Het ABS op motorfietsen is nog lang niet uitontwikkeld!________________________________________[KASTEN VOLLBREMSUNG AUS 100 KM/H]NOODSTOP BIJ 100 KM/UUR▼ gewicht▲aslast►remkracht◄ massa+ resulterende kracht+ zwaartepuntEen rond de 480 mm hoog liggend zwaartepunt verhindert bij de chopper/cruiser dat bij een noodstop met 9,2 m/s² (remweg 41,5 meter) het achterwiel het contact met de weg verliest. In deze situatie drukt 15 procent van het gewicht op het achterwiel. De voorrem moet daarbij met langzaam opgevoerde druk en veel gevoel worden bediend om blokkerende band te voorkomen.Bij sportmotoren met een hoog zwaartepunt (bij de HP2 meer dan 720 mm boven het wegdek) komt het achterwiel bij een vertraging van ca. 9,8 m/s² (remweg 39,8 meter) los van de grond, de dynamische aslast ligt dan voor de volle 100 procent op het voorwiel. De ABS-computer zou dit kritische punt eerder moeten herkennen en op tijd de remdruk afbouwen om ‘over de kop slaan’ te voorkomen.________________________________________[KASTEN KRITISCHE BREMSVORGÄNGE]KRITIEKE MOMENTEN IN WOORD EN BEELD[UNTERSCHRIFT BEI OBENE FÜNF BILDER] Achterwiel komt los, maximale vertraging (1). Op zand bouwt het ABS (2 en 3) de remdruk af, waarbij de eerst nog slippende band (4) weliswaar zand opneemt, maar zich daarna echter zo snel weer in het asfalt vastbijt, dat het tot een stoppie komt (5).[UNTERSCHRIFT BILD LINKS OBEN]Het zandmannetje in actie: deskundig opgebracht laagje zand op het asfalt.[TEXT BEI OBENER GRAPHIK]WRIJVINGSVERSCHILLENSnelheid voorwiel (km/uur)Afgelegde weg (m) De blauwe lijn laat zien hoe snel en met hoe weinig slip het ABS op de zandstrook reageert wanneer er voluit remmend overheen gegaan wordt. Dergelijke abrupte verschillen in de remdruk stellen zelfs geroutineerde professionals op de proef. Bij de mislukte poging tot een optimale vertraging op het zand zonder ABS, blokkeerde het voorwiel over een afstand van bijna vijf meter(!), wat wordt weergegeven in de rode lijn.[UNTERSCHRIFT BEI DREI BILDER UNTEN OBENE GRAPHIK]Onder een hellingshoek van bijna 35º knijpt de testrijder vol in de voorrem (1). Als reactie draait de voorvork sterk naar binnen (het oprichtmoment, 2), het wiel blokkeert echter niet, maar vertraagt gecontroleerd. De rit gaat verder zonder te vallen (3).[UNTERSCHRIFT BILD LINKS UNTEN]Tijdens de test werden de machines uitgerust met sensoren voor de veerweg, wielomtreksnelheid en de stuuruitslag.[TEXT BEI UNTERE GRAPHIK]REMMEN OP EEN CIRKELBAANStuuruitslag (graden)Snelheid voorwiel (km/uur)Veerweg voor (mm)Snelheid voorwielStuuruitslagVeerweg voorDon’t try this at home: onder een flinke hellingshoek bijt de voorrem toe, de voorvork veert in van 80 naar ruim 120 mm (groene lijn), het voorwiel raakt in een slip van circa 20 procent, maar blokkeert niet. Wel draait de vork met grote kracht (oprichtmoment) meer dan tien graden naar links, hetgeen de berijder door krachtig tegensturen moet corrigeren.________________________________________[UNTERSCHRIFTE][Unterschrifte Seite 30-31]ABS DOOR DE JAREN HEENEen van de eerste ABS-pogingen komt op naam van Royal-Enfield in 1964.Wat heb ik nou aan mijn fiets hangen? De poging tot een mechanisch aangestuurd ABS van Girling in de jaren tachtig.Spectaculair in scène gezet: BMW demonstreerde bij de introductie van hun productierijpe ABS in 1988 de voordelen met confronterende beelden.________________________________________[STREAMER SEITE 31]De remvoortgang van een chopper of cruiser tijdens een noodstop is extreem moeilijk te doseren en daarom niet geschikt voor rijders die het aan verfijnde motoriek ontbeert.________________________________________ [Unterschrift Seite 33]TRENDBREUKDe fabrikanten wilden er lange tijd niet aan, toch waagt Honda zich nu eindelijk aan een ABS-programma voor haar supersportfietsen, waarbij voor- en achterrem elektronisch aan elkaar zijn gekoppeld. Uitgerekend Harley-Davidson was de Japanners voor en rust sinds vorig jaar diverse customs en cruisers uit met ABS.________________________________________[Streamers]Een blokkerende band kan nauwelijks krachten overbrengen, dus is de kans groot dat het dan volledig mis gaat.Het zou nog tot 1988 duren voordat er een hufterproof-remsysteem werd geïntroduceerd in de motorwereld.Een actief rijwielgedeelte zal ABS in de toekomst nog effectiever en veiliger maken.
