Принцип работы и устройство противоблокировочной системы (ABS) автомобиля

Традиционные регуляторы давления в тормозных системах корректируют усилия между осями для обеспечения устойчивости, часто допуская блокировку колес. Однако такой метод не является ни максимально эффективным, ни наиболее безопасным. Идеальное торможение достигается при поддержании коэффициента скольжения в оптимальном диапазоне, что и является основной задачей противоблокировочной системы (АБС, ABS). Данные системы автоматически регулируют давление в приводе, предотвращая полную блокировку колес.

Коэффициент сцепления шины с дорогой напрямую зависит от величины проскальзывания. Максимальное сцепление наблюдается при относительном скольжении s в диапазоне 15–30%. Именно в этом режиме реализуется компромисс между эффективностью замедления и сохранением управляемости. Противоблокировочная система стремится поддерживать скольжение в данной зоне, рассчитывая его по формуле:

где va – скорость автомобиля, ωк – угловая скорость колеса, rк – радиус качения.

Принцип работы АБС основан на анализе динамики вращения каждого колеса. Уравнение динамического равновесия моментов при торможении описывается выражением:

где Тх – тормозной момент, Тф – момент сил сцепления, Jк – момент инерции колеса. Замедление колеса aк = dωк/dt прямо пропорционально разности Тх — Тф. Кривая изменения момента сцепления в зависимости от скольжения имеет явный максимум (см. рис. 211).

Рис. 211. Характеристика и схема регулятора противоблокировочной системы

После прохождения пика кривой Тф замедление колеса резко возрастает, сигнализируя о приближении к блокировке. Это служит первым входным сигналом для электронного блока управления (ЭБУ) на снижение давления в магистрали данного колеса. После падения давления колесо начинает разгоняться. Вторым ключевым сигналом для ЭБУ является положительное угловое ускорение, при достижении которого система вновь повышает давление. Таким образом, цикл «сброс-удержание-повышение» давления повторяется многократно.

В результате работы АБС тормозной момент Тх изменяется по замкнутому контуру, удерживая коэффициент скольжения в оптимальных пределах, обычно в диапазоне около 20%. Колесо периодически замедляется и разгоняется, реализуя близкий к максимальному коэффициент сцепления. Частота цикла изменения давления зависит от типа привода: в пневматических системах она составляет 3–8 Гц, а в гидравлических может достигать 15–20 Гц.

На рисунке 211 представлена схема механического регулятора для пневматического привода, реагирующего на ускорение колеса. Его ключевыми элементами являются ступица, жестко закрепленная на валу датчика, и инерционный маховик, соединенный со ступицей винтовой передачей. При резком замедлении колеса маховик за счет инерции смещается по винтовой нарезке, воздействуя через золотник на клапан, который стравливает воздух из тормозной камеры.

После выравнивания угловых скоростей ступицы и маховика под действием возвратной пружины происходит их повторное зацепление, а золотник возвращается в исходное положение, восстанавливая подачу воздуха. Скошенные зубья облегчают повторное зацепление. Подобные механические системы являлись прообразом современных электронных АБС, которые управляют давлением через модуляторы с помощью электромагнитных клапанов.

Главным достоинством любой противоблокировочной системы является значительное повышение активной безопасности. АБС позволяет сохранять контроль над траекторией автомобиля при экстренном торможении, особенно на скользком или неоднородном покрытии. Система обеспечивает более короткий в среднем тормозной путь по сравнению с управлением блокируемых колес, хотя на рыхлых поверхностях (снег, песок) путь может несколько увеличиться.

К основным недостаткам АБС, ограничивавшим ее широкое распространение в прошлом, относились высокая стоимость и меньшая надежность по сравнению с базовыми элементами тормозной системы. Современные электронные системы стали значительно долговечнее и доступнее. Тем не менее, они остаются сложным электрогидравлическим узлом, требующим квалифицированного обслуживания и диагностики при возникновении неисправностей.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: П. П. Лукин; Г. А. Гаспарян; В. Ф. Родионов; К. Ю. Чириков.

Источник: Конструирование и расчет автомобиля. Необычные двигатели.

Данные публикации будут полезны студентам автомобилестроительных и транспортных специальностей, начинающим инженерам-конструкторам и технологам автопрома, а также всем, кто интересуется глубоким пониманием процессов проектирования и компоновки современных автомобилей.