Techniek: De rijhulpsystemen van KTM

Moderne motorfietsen zitten tjokvol technologie. Vooral op het gebied van assistentiesystemen is er de laatste jaren enorm veel vooruitgang geboekt, al staat de alledaagse motorrijder daar niet vaak bij stil. Om daar verandering in te brengen organiseerde KTM een techdag, waar onze techneut Peter Aansorgh met plezier naartoe ging.

Het eerste antiblokkeersysteem werd al in 1929 ontwikkeld, maar het duurde tot 1978 voordat er voor het eerst een auto met ABS werd uitgerust. Dat was de Mercedes-Benz S-klasse (W116). Het systeem werd samen met Bosch ontwikkeld, hetzelfde Duitse bedrijf dat ook aan de wieg stond van het eerste ABS-systeem voor motorfietsen. De eer ging naar BMW, die de K100 uit 1988 ermee uitrustte.

Sindsdien is de ontwikkeling van ABS echter niet stil blijven staan, en dat danken we wederom aan Bosch. In 2013 brachten zij samen met het Oostenrijkse motormerk KTM een bocht-afhankelijke ABS op de markt. Dat werd mogelijk dankzij de ontwikkeling van een nieuwe sensor die de acceleratie in de rijrichting, dwars daarop en in de hoogte kon meten, alsook de rotatie rond diezelfde lengte-, breedte- en hoogte-as. Zo’n sensor heet een “Inertial Measurement Unit”, kortweg IMU. Omdat zo’n sensor zes grootheden kan meten noemen veel fabrikanten het een 6-Assige IMU. Strikt genomen klopt dat natuurlijk niet: het is een 3-assige IMU die op elke as twee grootheden meet.

Hydraulische overbrenging

Wanneer een motorrijder flink in het remhendel knijpt, wordt de trekkracht op de hendel via een overbrenging op de zuiger van de rempomp gezet. Deze heeft een zuigeroppervlak van ongeveer 1 vierkante centimeter, waarmee de motorrijder een vloeistofdruk van ongeveer 120 bar kan bereiken. Dat komt omdat het remsysteem gevuld is met remvloeistof. Lucht is samendrukbaar, vloeistof niet. Bij vloeistof wordt de kracht dus direct omgezet in druk, zodra de remblokken tegen de schijf aanliggen.

Een tweede eigenschap van een hydraulisch systeem is dat de druk in dat systeem overal gelijk is. Dezelfde druk van 120 bar wordt dus uitgeoefend op de zuigers van de wielremcilinders. Die hebben gemeenschappelijk een oppervlak dat ongeveer 20 maal zo groot is als de rempomp. Dat betekent, dat de remblokken voor elke 10 N (1 kg) die de motorrijder op het hendel uitoefent, met 200 N (20 kg) op de remschijf worden geduwd. Alleszins totdat het ABS ingrijpt.

Hall-sensor

Om in te kunnen grijpen, moet een “gewoon” ABS twee zaken weten: de druk in het remsysteem en de snelheid waaraan de wielen draaien. Daarvoor gebruikt ABS een druksensor in het hydraulisch systeem en een geperforeerde ring in het wiel, waar een hall-sensor vlakbij staat. Bij zo’n hall-sensor zorgt een spoeltje voor een magnetisch veld. Draait er een gat van de geperforeerde ring voor de sensor, dan verandert het magnetisch veld, dat doet het nogmaals als een massief deel van de ring voor de sensor draait. Een veranderend magnetisch veld in een spoel geeft een spanning. Er ontstaat dus een wisselspanning op de hall-sensor, die evenredig is met de draaisnelheid van het wiel. De ECU kan op die manier de draaisnelheid van het voor- en achterwiel vergelijken en - wanneer die van elkaar verschillen-, besluiten om de druk te verlagen in de leiding naar het wiel dat dreigt te blokkeren.

Modulator

Het verlagen van de druk is de taak van de ABS-modulator. Dit is een kleppenblokje, dat vloeistof uit het remsysteem kan laten weglekken naar een accumulatiekamertje. Daar zijn er twee van - slechts enkele druppels groot - één voor het voorwiel en een voor het achterwiel. Tegelijkertijd wordt de toevoer vanaf het remhendel of het rempedaal onderbroken, zodat de rijder de druk niet meteen weer kan opvoeren. Dat doet de modulator zelf, wanneer het wiel weer draait. Op de modulator zit een motortje, dat een lager excentrisch ronddraait in een sponning. Uit de zijwanden van die sponning steken twee plunjertjes. Het excentrische lager zorgt dat de plunjers remdruk voorpompen. Zo kunnen ze tot 120 bar tegendruk geven.

Er zijn nu drie fase mogelijk:

1. het systeem doet niets want er dreigt geen gevaar.
2. het systeem detecteert dat een van de wielen mogelijk gaat blokkeren. Dat kan de ECU uitlezen uit de mapping. Dat is een soort matrix of spreadsheet, waarin de fabrikant heeft vastgelegd bij welke snelheid en welke opbouw van de remdruk dit gevaar dreigt. De modulator kan hierop reageren door de remdruk te beperken tot, bijvoorbeeld, 70 bar.
3. dit is de paniekfase: als het wiel blokkeert, wordt de remdruk volledig afgelaten, totdat het wiel weer draait.

Fases

Dankzij de IMU kan de ECU over een extra dataset beschikken: de ECU kan namelijk de remvertraging meten. Het kan dan in de eerste remfase de remdruk beperken. Wanneer de remvertraging toeneemt, wordt het voorwiel harder op het wegdek geduwd en is er meer remkracht mogelijk. De ECU kan dan de remdruk naar het voorwiel laten toenemen, zodat de remvertraging wordt geoptimaliseerd. De IMU meet echter ook de zijdelingse versnelling en de hellingshoek – en dat wel 100 keer per seconde - wanneer je door een bocht rijdt. In een bocht wordt een deel van de mogelijke wrijvingskracht gebruikt voor de spoorkracht, dus is er minder grip over voor remkracht. Motorrijders uit het pre-ABS-tijdperk weten dit: wie in een bocht hard in de remmen gaat, riskeert onderuit te gaan. En zo niet, dan richt de motor zich zodanig op dat je een ruimere bochtenstraal gaat rijden. Je kan dan op de verkeerde weghelft terecht komen of, erger nog, in de berm.  

Een bochtafhankelijk ABS heeft een mapping die voorkomt dat het systeem in paniekfase 3 terechtkomt wanneer je hard remt in een bocht. Het systeem zorgt er dan voor dat de achterrem dusdanig hard mee remt, dat de motor zich niet meer opricht en je dus de oorspronkelijk bedoelde lijn door de bocht kan aanhouden.

ABS-modi: Offroad en Supermoto

Wanneer je offroad rijdt, stel je andere eisen aan je remsysteem. Op een gravelpad wil je het achterwiel juist wél kunnen blokkeren. Op die manier kan je de motor bij het aanremmen van een bocht al een beetje dwars zetten, zodat de neus al de goede kant uitwijst als je bij de bocht aankomt. Vervolgens kan je sneller de bocht uit accelereren. Ook sportieve supermoto-rijders vinden het leuk om op die manier op een bocht af te surfen. KTM gebruikt daarom ook een speciale offroad- en supermoto-modus. In beide modi kan het achterwiel blokkeren en is het systeem niet langer hellingshoekafhankelijk. Ook is de rear wheel lift-detectie – wederom mogelijk dankzij de IMU – ook niet actief in de offroad- of supermoto-modus. Fase 2 bestaat ook niet: als het systeem ingrijpt is het gelijk fase 3, maar er is wel een verschil in hoe het systeem ingrijpt. De supermoto-modus staat geen voorwielslip toe en grijpt dus direct in. De offroad-modus staat een kort moment van blokkeren toe, zodat er zich een soort boeggolfje van zand voor de band kan ophopen, wat voor extra vertraging zorgt. Tot slot biedt KTM nog een track- of rally-mode waarin je alles zelf kan instellen.

Tractiecontrole

Tegenwoordig is bijna elke motorfiets uitgerust met ride-by-wire. De gasgreep is een potentiometer geworden en de gaskleppen worden met een stappenmotor bediend, niet met een gaskabel. En aangezien ook ABS gemeengoed is en de wielsensoren er dus al zijn, kom je tractiecontrole (TC) ook steeds vaker tegen. Eenvoudige TC-systemen grijpen pas in als het achterwiel dreigt door te slippen. Het meet een verschil tussen voor- en achterwielsnelheid en draait de gaskleppen dicht. Dat is bij motorfietsen eigenlijk ongewenst, wanneer dat in een bocht gebeurt. De motor slipt dan zijdelings iets weg totdat het systeem de gaskleppen dichtdraait. Dan herstelt de grip en komt de kont terug. Het resultaat: onbalans in de motor. Dat fenomeen is al verbeterd doordat TC-systemen vandaag sneller reageren, maar de hellingshoeksensor maakt nog doorgedreven verbetering mogelijk. Wanneer die een hellingshoek detecteert, zal het motormanagement het motorkoppel op de hellingshoek afstemmen, zodat tractieverlies in de meeste gevallen wordt voorkomen.

Dankzij ride-by-wire is het ook mogelijk om het motorkarakter aan te passen op de omstandigheden of de wensen van de rijder. Er zijn diverse modi, die vaak ook weer effect hebben op ABS, tractiecontrole, wheelie-detectie en soms zelfs op de instellingen van de vering. Zo is er bij de meeste motormerken bijvoorbeeld een street- of road-modus. Bij KTM’s betekent dit dat de gashendel een normale gasreactie heeft, dat de tractiecontrole geen wielspin toelaat en dat het motorvermogen bij 0° hellingshoek volledig beschikbaar is. Een kleine wheelie is in deze modus mogelijk. De rain-modus pakt het voorzichtiger aan: geen wheelies, een langzame gasreactie en een beperkt vermogen tot max. 100 pk. Voor wie meer opwinding zoekt is er de sport-modus. Daarin is de gasreactie heel direct, de vermogensafgifte is maximaal, er is een lichte achterwielslip mogelijk en hogere wheelies worden toegelaten. Op straatmotoren kan er dan nog een track-modus zijn, waarin je alles zelf kunt configureren. Op allroads vind je nog een offroad-stand, waarin je een progressieve gasreactie hebt en achterwielslip is toegestaan om over obstakels te kunnen rijden of om een zandheuvel op te kunnen rijden.

Rally-modus

De overtreffende trap van de offroad-modus is de rally-modus. Die geeft een zeer directe, felle gasreactie en schakelt de wheelie-detectie volledig uit. Zo kan je de voorkant van de motor “licht” maken door flink gas te geven, bijvoorbeeld om het voorwiel over een kuil te tillen. De rally-modus heeft ook een (in negen standen instelbare) drift control, waarmee je kan instellen hoe ver het achterwiel bij het uitkomen van de bocht mag uitbreken. Interessant is ook dat het dashboard zich aanpast aan de rijmodus, zodat de zaken die in die modus het belangrijkste zijn, ook het grootst in beeld staan.

Adaptive Cruise Control

Cruisecontrole bestaat al lange tijd in het topsegment van de motoren. Vandaag sijpelt de technologie al makkelijk door naar de lagere marktsegmenten, en dus vind je in het hoogste segment nu soms adaptieve cruisecontrole. Deze technologie – die gebruikmaakt van een radarsysteem – kennen we al uit de autosector, maar bij motorfietsen zit er nog wel een addertje onder het gras: een motorrijder zit los op zijn motor, dus kan de adaptieve cruisecontrole niet al te hard remmen. Beheerst remmen doet het wel, via de modulator van het ABS-systeem. Automatisch accelereren kan het systeem ook, bijvoorbeeld wanneer je het knipperlicht naar links aanzet, dat heet een overtake assist.

Andere innovatieve systemen die je tegenwoordig op motoren tegenkomt, zijn actieve bochtenverlichting en een regelbare motorremwerking (Motor Slip Regulation). Dat laatste werkt door de gasklep iets verder open te zetten, waardoor er minder vacuüm in het inlaatspruitstuk zit. Ook een quickshifter is tegenwoordig gemeengoed. Inmiddels zijn er die in twee richtingen werken en die zelf tussengas geven, zodat je ook kan terugschakelen zonder de koppeling te bedienen. Tegenwoordig werken die in twee modi: in de snelle modus wordt de ontsteking 0,08 seconde onderbroken zodat je kunt schakelen. Detecteert het systeem via een extra sensor op de schakelklas dat er langzaam geschakeld wordt, dan onderbreekt het de injectie en sluit het de gaskleppen even, zodat er rustig geschakeld kan worden. De beweging van je voet bepaalt dus welke modus de motorfiets kiest.

Zien is geloven

En dus had KTM een aantal Adventure-modellen en een Husqvarna Norden 901 klaargezet voor ons. De paden op, de blubber in. Het stortregende al de hele dag, een goed moment om het ABS te proberen. In street-modus merk je al gauw dat je lekker recht over het zandpad kan remmen, maar dat je wel een lange remweg nodig hebt. In de offroad-modus is die remweg inderdaad een stuk korter, terwijl je het achterwiel wat achter je voelt kwispelen als je die tot blokkeren afremt. Indrukwekkend. Ook de drift control is bijzonder: op gravel kan je dan kiezen hoe erg je op je Dakar-helden wil lijken terwijl je lekker schuin de bocht door zeilt. En als het toch te blubberig wordt en er echt geen grip meer is? Dan hoop je maar op een café-modus.

Conclusie

Veel motoren hebben ABS en tractiecontrole. Maar het ene ABS is het andere niet en ook niet alle tractiecontrolesystemen kunnen hetzelfde. Het is dus verstandig om bij het kopen van een motor toch even door te vragen … wat zit er nu eigenlijk precies op en wat kan het allemaal? Eén ding is duidelijk: KTM weet als de beste hoe ze toptechnologie goed moeten gebruiken. Zelfs instapmodellen als de KTM 390 Adventure hebben al tractiecontrole, bochtafhankelijke ABS, een offroad-modus en een quickshifter.

Tekst: Peter Aansorgh

Foto's: KTM