АНТИБЛОКИРОВОЧНЫЕ СИСТЕМЫ

При экстренном торможении (особенно на мокром дорожном покрытии) значительное уси­ лие на педаль тормоза может привести к блокировке колес. Сцепление шин с дорожным по­ крытием в этом случае резко ослабевает и управляемость падает с возникновением заноса. Это связано с тем, что при блокировке колеса весь запас по сцеплению колеса с дорогой ис­ пользуется в продольном направлении и оно перестает воспринимать боковые силы, кото­ рые удерживают автомобиль на заданной траектории (рис. 6.22).

Торможение колеса без блокировки позволяет реализовывать как продольные силы Fu в контакте колеса с дорогой (торможение), так и поперечные Fs (управляемость, устойчи­ вость). Кроме того, как было отмечено выше, катящееся колесо имеет больший запас по сцеп­ лению, чем заблокированное.

Первые патенты на антиблокировочные системы (АБС) появились в конце 20-х гг. Одна­ ко лишь в 1969 г. началась серийная установка антиблокировочной системы (АБС) тормозов на легковом автомобиле, а впоследствии и на грузовом.

Применение АБС способствовало:

— повышению активной безопасности ав­ томобиля, т. е. повышению тормозной эффективности (особенно на скользких поверхностях), улучшению устойчивости и управляемости;

— увеличению средней скорости движения;

— продлению срока службы шин.

По существующим международным нор­ мам сегодня в обязательном порядке должны оборудоваться антиблокировочной систе­ мой следующие транспортные средства:

— грузовые автомобили весом более 3,5 т;

— автобусы весом более 5 т;

— прицепы и полуприцепы весом более 5 т. Другие автотранспортные средства, в т. ч. легковые автомобили оборудуются АБС по жела­ нию покупателя или по инициативе фирм-изгото­ вителей автомобилей. Следует отметить, что для

большинства современных легковых автомоби- Рис. 6.22. Силы, действующие в контакте

лей АБС уже стала штатным оборудованием. колеса с дорогой

Рис. 6.23. Схема электронной АБС:1 — дат­ чик; 2 — замер скорости; 3 — модулятор;

4 — блок управления; 5 — тормозной ци­ линдр; 6 — замер давления

Существующие конструкции АБС имеют различный уровень технического совершен­ ства, поэтому их разделили на три категории (1, 2, 3) для автомобилей, на две (А, Б) — для прицепов и предъявляют к ним различные требования, допускают к установке на кон­ кретные типы автомобилей. Так, например, междугородные и туристические автобусы могут оснащаться только самыми совершен­ ными АБС категории 1. На других типах ТС могут применяться относительно дешевые и простые АБС, устанавливаемые, например, только на задней оси.

АБС должна обеспечивать:

— минимальный тормозной путь (не менее 75 % от максимально возможного);

— устойчивость при торможении;

— сохранение управляемости при торможении;

— приспособляемость к изменяющимся внешним условиям, например сцеплению на сухой, мокрой и скользкой дороге (адаптивность);

— плавное торможение, без рывков;

— возможность торможения при выходе из строя АБС;

— минимальный расход рабочего тела;

— минимальное потребление электроэнергии;

— помехоустойчивость по отношению к внешним магнитным полям;

— сигнализацию при выходе из строя АБС, диагностику неисправности;

— общие требования (надежность, низкая стоимость и т. п.).

В состав электронной антиблокировочной системы входят (рис. 6.23):

— датчики (угловой скорости колеса, замедления и т. д.);

— электронный блок управления, получающий информацию от датчиков, обрабатывающий ее и подающий сигналы на исполнительные механизмы и сигнальную лампу;

— исполнительные механизмы (модуляторы давления рабочего тела).

Для поддержания требуемого проскальзывания (пробуксовки) колес необходимо знать значения линейной скорости автомобиля в каждый момент времени, угловую скорость тормо­ зящего колеса, рассчитывать скольжение и управлять модуляторами, установленными в тор­ мозном приводе. С помощью модуляторов изменяют тормозное давление, поступающее к тор­ мозным камерам или рабочим цилиндрам и тем самым регулируют тормозные силы на колесах. Угловую скорость колеса определяют датчиками, установленными в ступице колеса, или, реже, в главной передаче. Датчик состоит из ротора в виде зубчатого диска (или перфориро­ ванного кольца), закрепленного на колесе, и катушки индуктивности, установленной непо­

движно с некоторым зазором относительно зубцов диска.

Линейную скорость автомобиля чаще всего определяют косвенным путем — перерасчетом значений, полученных от датчиков угловой скорости колес. Иногда, например, на полнопри­ водных автомобилях линейную скорость рассчитывают по значению замедления в продоль­ ном направлении, определяемому с помощью датчика замедления. При достижении величины заданного относительного скольжения (порогового значения) блок управления подает соот­ ветствующую команду исполнительному механизму.

Существуют различные принципы регулирования: по величине замедления тормозящего колеса; по заданной величине угловой скорости тормозящего колеса; по заданной величине относительного скольжения; по давлению рабочего тела и т. д.

В подавляющем большинстве случаев для выполнения всех требований по адаптивности применяется регулирование тормозящего колеса по его замедлению и скольжению.

Исполнительные механизмы (модуляторы) АБС могут иметь различное устройство: кла­ панное, золотниковое, диафрагменное, смешанное. Модуляторы по командам блока управ­ ления изменяют давление рабочего тела в тормозных камерах или цилиндрах.

Различают модуляторы, работающие по двухфазовому (увеличение-сброс давления) и трехфазовому (сброс-выдержка-увеличение давления) рабочим циклам. Современные мо­ дуляторы часто имеют усложненный рабочий цикл. Например, фаза увеличения или умень­ шения давления состоит из нескольких этапов, отличающихся темпом изменения давления. От частоты, с которой модулятор может осуществлять рабочий цикл, зависит качество рабо­ ты АБС. Трехфазовый модулятор обеспечивает несколько меньший расход рабочего тела.

Схемы установки АБС.Тормозная динамика автомобиля в большой степени зависит от схемы установки элементов АБС на автомобиле и выбранного принципа регулирования.

Наиболее распространены следующие принципы регулирования скольжения колес:

— индивидуальное регулирование скольжения каждого колеса в отдельности (Individual Regelung) — IR;

— «низкопороговое» регулирование, т. е. регулирование, предусматривающее подачу ко­ манд на растормаживание и затормаживание обоих колес оси одновременно по сигналу датчика колеса, находящегося в худших по сцеплению условиях, — «слабого» колеса (Select Low) — SL;

— «высокопороговое» регулирование колес одной оси, когда сигнал подается датчиком

«сильного» колеса, т. е. находящегося в лучших по сцеплению условиях (Select High) — SH;

— модифицированное индивидуальное регулирование — Modifizierte Individual Regelung (MIR) представляет собой компромиссное регулирование между SL и IR. Смысл MIR за­ ключается в том, что вначале регулирование осуществляется по «низкопороговому», а за­ тем постепенно происходит переход к индивидуальному регулированию. MIR целесооб­ разно использовать при торможении

на опорной поверхности с различным сцеплением под левым и правым колесами, а также на повороте и поперечном уклоне. Индивидуальное регулирование являет­

ся оптимальным с точки зрения обеспече­ ния наилучшей тормозной эффективности (минимального тормозного пути). Для этой цели на каждом колесе размещается дат­ чик частоты вращения и модулятор давле­ ния и их параметры регулируются отдель­ ным каналом управления в электронном блоке. Индивидуальное регулирование да­ ет возможность получить оптимальный тор­ мозной момент на каждом колесе в соот­ ветствии со сцепными условиями и, как следствие, минимальный тормозной путь. Однако если колеса одной оси будут нахо­ диться в неодинаковых сцепных условиях, то тормозные силы на них также будут не­ одинаковыми.

В этом случае возникает разворачиваю­

щий момент, приводящий к потере устойчи- Рис. 6.24. Разворачивающий момент,

вости (рис. 6.24). Управляемость автомоби- приводящий к потере устойчивости

Рис. 6.25. Схема системы АБС 2-го поколения фирмы Bosch для легкового автомобиля: 1— датчик; 2 — сигнальная лампа; 3 — блок управления; 4 — модулятор

ля при этом сохраняется, т. к. колеса не заблокированы и запас боковой устойчивости оста­ ется достаточным. Схема с индивидуальным регулированием является наиболее сложной и дорогой.

При выборе схемы АБС обычно исходят из технической и экономической целесообразно­ сти. Как показали исследования, соответствуют всем требованиям, а следовательно, отно­ сятся к категории 1 АБС имеющие схему регулирования (передние колеса/задние колеса) IR/IR и MIR/IR, а также другие схемы (MIR/SL, SL/IR) если принцип SL используется на оси (осях), обеспечивающей не более 50 % суммарной тормозной силы. АБС, использующие принцип SL на обеих осях АТС (SL/SL), относятся к категории 2. В АБС категории 3, как пра­ вило, реализуется схема — SL.

На рис. 6.25 показана схема системы АБС 2-го поколения, разработанная фирмой Bosch для легковых автомобилей с гидравлическим тормозным приводом.

Она встраивается в штатную тормозную систему и не требует изменения ее конструкции. Преимущества таких систем заключаются в простоте и удобстве компоновки на автомобиле. Система содержит гидравлический узел, располагаемый между главным тормозным и ко­ лесным цилиндрами, датчики частоты вращения, монтируемые у передних колес и у главной передачи, и электронный блок управления (ЭБУ), устанавливаемый в салоне или в моторном отсеке автомобиля. На полноприводных автомобилях к датчикам частоты вращения добав­ ляется датчик продольного замедления. Гидравлический узел состоит из насоса с электро­ двигателем, модулятора с тремя электроклапанами, двух аккумуляторов с демпфирующими

камерами.

В системе используется трехфазный рабочий цикл. При торможении без блокировки ко­ лес электроклапан соединяет колесный цилиндр с соответствующей секцией главного ци­ линдра и тормозная система работает обычным образом. Если ЭБУ выявляет тенденцию к блокированию колеса, то электроклапан переводится в положение, при котором колесный тормозной цилиндр отсоединяется от главного тормозного цилиндра и, наоборот, соединяет­ ся с магистралью слива. Жидкость перетекает в демпфирующую камеру, а затем перекачи­ вается насосом в главный тормозной цилиндр. Давление в колесном цилиндре уменьшает­ ся. В фазе выдержки давления электроклапан переводится в положение, при котором все

Рис. 6.26. Пневматическая АБС

магистрали разъединены между собой. Следующая фаза нарастания давления осуществля­ ется переводом электроклапана в первоначальное положение. Жидкость из главного тор­ мозного цилиндра вновь поступает в колесный цилиндр.

В случае отказа насоса торможение с антиблокировочной функцией прекращается, но работоспособность тормозного привода сохраняется.

Типичная схема установки пневматичес­ кой АБС на двухосном грузовом автомобиле с пневмоприводом показана на рис. 6.26. Эта система состоит из блока управления, соединенного с колесными датчиками и мо­ дуляторами.

Модулятор АБС имеет, как правило, диафрагменную конструкцию. Такая кон­ струкция обеспечивает более высокое быстродействие по сравнению с поршне­ вой. Модулятор (рис. 6.27) имеет два элек­ троклапана 1 и 2 и два пневмоклапана. Выходы модулятора подключены к тормоз­ ному крану, к тормозной камере и к атмо­ сфере.

При торможении без срабатывания АБС воздух поступает от крана на выход к тор­ мозному крану, отжимает диафрагму верх­

него пневмоклапана и проходит на выход к тормозной камере. Одновременно он по­ ступает через большой канал к нижнему пневмоклапану, который дополнительно прижимается к своему седлу, перекрывая атмосферный выход. Верхний пневмокла- пан находится в открытом положении, т. к. полость соединена с атмосферой через электроклапан отсечки. При растормажива- нии тормозным краном воздух проходит через модулятор в обратном направлении, от выхода к тормозной камере к тормозно­ му крану.

Рис. 6.27. Принципиальная схема пневма­ тического модулятора АБС:1, 2 — электро­ магнитные клапаны; 3 — следящий поршень;

4. 6 — пружина; 5 — корпус впускного и ат­ мосферного клапанов; 7 — седло атмосфер­ ного клапана; А — полость, соединяющая тормозной кран с модулятором; Б — полость, соединяющая модулятор с атмосферой; В — по­ лость, соединяющая воздушный баллон с моду­ лятором; Г — полость, соединяющая модулятор с рабочей полостью тормозной камеры; Д — по­ лость, соединяющая тормозную камеру через модулятор с атмосферой

При работе АБС модулятор обеспечивает трехфазный рабочий цикл.

В фазе сброса давления на оба электроклапана модулятора подается напряжение от элек­ тронного блока управления. Электроклапан отсечки закрывает атмосферный выход и одно­ временно пропускает воздух от выхода к тормозному крану через малый канал в полость. Дав­ ление с обеих сторон диафрагмы верхнего пневмоклапана выравнивается, и он усилием пру­ жины закрывается. Одновременно из-за срабатывания электроклапана сброса открывается нижний пневмоклапан. Через него воздух из тормозных камер выходит в атмосферу.

Выдержка тормозного давления (вторая фаза) на постоянном уровне производится при по­ даче напряжения только на электроклапан отсечки. В этом случае оба пневмоклапана закрыты.

В третьей фазе электроклапаны обесточены и воздух проходит из тормозного крана в тормозную камеру.

Установка трехфазовых модуляторов около каждого колеса автомобиля позволяет реа­ лизовать любой принцип регулирования.

Несмотря на установленную на автомобиле АБС рекомендуется сохранять в тормозном приводе регулятор тормозных сил, хотя это и не требуется нормативами. Считается, что регу­ лятор сохраняет комфортабельность движения и расход воздуха и снижает вероятность вступ­ ления в работу АБС.

Неисправность АБС не может быть полностью исключена, поэтому необходимо выбирать такое подключение датчиков и модуляторов, которое обеспечит сохранение свойств системы даже при наличии некоторых отказов. Часто выбирается диагональная схема подключения. К каждому процессору подключаются датчик и модулятор двух колес по диагонали: одного переднего и одного заднего. В этом случае при единичной неисправности отключается только одна диагональ. Одно незаблокированное переднее колесо и одно заднее колесо обеспечат ос­ таточную устойчивость и управляемость автомобиля. Лампа, сигнализирующая о неисправно­ сти АБС, подключается параллельно к обоим каналам блока управления. Поэтому, даже если она горит, одна из диагоналей еще может находиться в исправном состоянии. Самодиагностика исправности АБС начинается при включении зажигания и производится непрерывно при дви­ жении ТС. Концепция двухканальной электроники с диагональным распределением каналов считается важным элементом надежности АБС для грузовых автомобилей и автобусов, т. к. единичный отказ в АБС не может застать врасплох водителя, привыкшего к помощи системы при торможении. К блоку управления АБС может подключаться тормоз-замедлитель. Электро­ ника автоматически отключает замедлитель, когда АБС вступает в работу.

Опыт эксплуатации АБС свидетельствует о высокой надежности этой системы. Отказы со­ ставляют около 0,2 %. Наиболее часто отказывают электрические соединения блока управ­ ления, датчиков и модуляторов, а также соединения между тягачом и прицепом. Отказы мо­ дуляторов (в том числе из-за замерзания) незначительны. Неисправности датчиков связаны в основном с увеличением зазоров в подшипниках ступицы колеса.

§38