Электронные антиблокировочные системы

Оптимальное управление тормозной системой является важ­нейшим элементом обеспечения безопасности движения автомо­биля. Новым этапом в длительном процессе совершенствования тормозов стало создание антиблокировочных систем (АБС), кото­рые обеспечивают повышение активной безопасности автомобиля. Принцип, заложенный в конструкцию любой АБС, заключается в поддержании относительного скольжения тормозящих колес в уз­ком диапазоне, при котором обеспечивается высокое значение ко­эффициента сцепления колес с дорожным полотном, в продольном и поперечном управлении автомобилем, что позволяет сохранить устойчивость и обеспечить высокую эффективность торможения.

В случае, когда передние колеса заблокированы, происходит по­теря управляемости автомобилем. Если задние колеса заблокирова­ны, то происходит потеря устойчивости автомобиля, особенно при торможении на дороге с разным коэффициентом сцепления.

АБС регулирует давление в тормозном приводе и не допускает блокировку колес, когда торможение выполняется с целью экстрен­ной остановки. Это обеспечивает хорошую устойчивость автомоби­ля в направлении его движения при экстренном торможении.

У автомобилей с тормозными системами без АБС при торможе­нии на заснеженной или обледенелой дороге устойчивость движе­ния легко теряется, и чтобы не допустить этого водитель должен несколько раз быстро нажать и отпустить педаль тормоза при по­пытке остановиться.

При движении автомобиля с постоянной скоростью скорость ав­томобиля и окружная скорость колес одинаковы. Однако, когда во­дитель нажимает на педаль тормоза с целью замедления скорости движения автомобиля, окружная скорость колес постепенно уменьшается и уже больше не согласуется со скоростью кузова ав­томобиля, который движется под воздействием собственной инер­ции. Соотношение скорости движения автомобиля V_a и окружной скорости колес V_к определяется коэффициентом скольжения (S)

Коэффициент скольжения S, равный 0%, характеризует состояние, при котором колеса вращаются свободно без воздействия на них сопротивления трения. А коэффициент скольжения, равный 100%, имеет место в случае, когда колеса полностью заблокированы и шины скользят по поверхности дороги.

Когда разница между окружной скоростью колес и скоростью движения автомобиля становится слишком большой, начинается скольжение шин по поверхности дороги. При этом создается сила трения скольжения, которая фактически действует как тормозное усилие, замедляющее автомобиль.

.- Соотношение между тормозной силой и коэффициентом сколь­жения S показано на рис. 6.50. Тормозная сила не обязательно пропорциональна коэффициенту скольжения, а максимального зна­чения она достигает при значениях коэффициента скольжения от 10% до 30%. Увеличение коэффициента скольжения свыше 30% приводит к постепенному уменьшению тормозной силы.

Поэтому, чтобы тормозная сила была постоянно максимальной, коэффициент скольжения постоянно должен быть в пределах 10-30%. АБС должна поддерживать именно такой коэффициент скольжения, чтобы обеспечить максимальные тормозные характеристики незави­симо от дорожных условий.

На неровных или на гравийных дорогах, либо на дорогах покры­тых снегом, действие АБС может привести к увеличению тормозно­го пути по сравнению с тормозным путем автомобиля, не оборудо­ванного АБС, но автомобиль, оборудованный АБС, сохраняет управляемое движение при торможении и уменьшается износ шин. В состав АБС входят:

- датчики;

- электронный блок управле­ния (БУ), получающий информа­цию от датчиков, обрабатываю­щий ее и подающий команду на исполнительные механизмы;

- исполнительные механиз­мы (модуляторы давления рабо­чего тела).

Для поддержания требуемого скольжения необходимо знать значения линейной скорости ав­томобиля в каждый момент вре­мени и угловую скорость тормо­зящего колеса.

Основную трудность пред­ставляет замер линейной скоро­сти автомобиля. Непосредственный замер скорости автомобиля возможен только локационными ме­тодами, которые для этих целей пока недостаточно разработаны.

В настоящее время линейную скорость автомобиля определяют косвенным путем, например по линейному замедлению с помощью деселерометра. Однако гораздо чаще для определения скорости автомобиля используют датчики угловой скорости колеса.

В блоке управления производится сравнение линейной скорости автомобиля с окружной скоростью колеса. При достижении величи­ны заданного относительного скольжения (порогового значения) блоком управления подается команда исполнительному механизму.

В большинстве АБС замер угловой скорости колеса производит­ся индуктивно-частотными датчиками. Датчик состоит из ротора в виде зубчатого диска (или перфорированного кольца), закрепленно­го на колесе, и катушки индуктивности, установленной неподвижно с некоторым зазором относительно зубцов диска.

Регулирование только по относительному скольжению не может обеспечить оптимальных характеристик торможения. При таком принципе регулирования (так называемом алгоритме функциониро­вания) не обеспечивается адаптивность, в первую очередь, к изме­нению дорожных условий (коэффициенту сцепления шин с дорогой).

В АБС используются следующие принципы регулирования:

- по величине замедления тормозящего колеса;

- по величине угловой скорости тормозящего колеса;

- по величине относительного скольжения;

, - по давлению рабочего тела (жидкости или воздуха).

В подавляющем большинстве случаев применяется регулирова­ние тормозящего колеса по замедлению и скольжению.

Исполнительные механизмы (модуляторы) АБС могут иметь различное устройство: клапанное, золотниковое, диафрагменное, смешанное. Модуляторы по командам блока управления изменяют давление рабочего тела в тормозных цилиндрах, а в некоторых конструкциях поддерживают определенное время давление посто­янным.

Различают модуляторы, работающие по двухфазовым (сброс -увеличение давления) и трехфазовым (сброс - выдержка - увели­чение давления) рабочим циклам. Современные модуляторы часто имеют усложненный рабочий цикл. Например, фаза увеличения или уменьшения давления состоит из нескольких этапов, отличающихся темпом изменения давления.

От частоты, с которой модулятор может осуществлять рабочий цикл, зависит диапазон регулирования относительного скольжения (буксования) колеса, а следовательно, в известной мере, и качество работы АБС. Модуляторы гидравлического тормозного привода АБС обеспечивают частоту циклов 4...12 Гц.

Принцип действия системы и типы АБС

В случае экстренного торможения датчики угловой скорости ко­лес отмечают любые изменения их числа оборотов. Электронный блок управления (БУ) АБС рассчитывает окружную скорость колес и любые изменения этой скорости, затем рассчиты­вает, исходя из этого, скорость автомобиля. После этого БУ выдает команду исполнительным механизмам обеспечить оптимальное давление тормозной жидкости, в каждом тормозном цилиндре.

Модуляторы работают по команде от БУ, уменьшая или увели­чивая давление, или поддерживая давление на постоянном уровне, если это необходимо, для сохранения оптимального коэффициента скольжения (10-30%) и предотвращения блокировки колес.

В настоящее время принимаются следующие разновидности АБС: АБС с трехпозиционными электромагнитными клапанами, ко­торые управляют давлением в три этапа; АБС, в которых объеди­няются действия двухпозиционных электромагнитных клапанов и калиброванных отверстий для управления давлением; АБС, в кото­рых для управления давлением в цилиндрах тормозов использует­ся давление, создаваемое в системе гидроусилителя рулевого управления.

Из различных типов АБС рассмотрим особенности устройства и работы наиболее популярной в настоящее время АБС (рис. 6.51, где: 1 – колесный тормозной цилиндр; 2 –ротор датчика; 3 – распределитель давления; 4 – тройник; 5 – главный тормозной цилиндр (ГТЦ); 6 – выключатель АБС; 7 – тормозной диск), в которой управление давлением осуществляется модуляторами с трехпозиционными электромагнитными клапанами.

 

 

Рис.6.51.

 

Регулирование частоты вращения колес при торможении осуще­ствляется при помощи БУ. БУ постоянно принимает сигналы числа оборотов колес от четырех датчиков (КД) и оценивает скорость ав­томобиля путем вычисления окружной скорости и замедления каж­дого колеса.

При нажатии на педаль тормоза давление тормозной жидкости в каждом тормозном цилиндре увеличивается, и частота вращения колес начинает падать. Если какое-либо колесо находится на грани блокировки, БУ уменьшает давление жидкости в тормозном цилин­дре этого колеса.

На рис. 6.52 представлена зависимость скорости V_a и V_к, ускоре­ния g колеса, тока I_w, подаваемого на электромагнитный клапан и давления Р тормозной жидкости в рабочем цилиндре привода - от продолжительности t процессов торможения.

Участок А. БУ устанавливает модулятор с трехпозиционным электромагнитным клапаном в режим «снижение давления» в соот­ветствии со степенью замедления колес, что вызывает уменьшение давления жидкости в цилиндре.

После падения давления БУ переключает модулятор клапана в режим «удержание» для определения изменений частоты оборо­тов колеса. Если БУ определит, что давление необходимо понизить еще больше, оно будет снижено снова.

Участок В. Когда давление жидкости в цилиндре тормоза сни­жается (участок А), тормозное усилие, создаваемое тормозным ме­ханизмом, уменьшается. Это позволяет колесу, которое было на грани блокировки, увеличить число оборотов. Однако, если давле­ние удерживается низким, тормозной момент механизма, дейст­вующий на колесо, будет слишком мал. Для предотвращения этого БУ устанавливает модулятор попеременно в режимы «увеличение давления» и «удержание», при этом колесо, бывшее на грани бло­кировки, восстанавливает частоту вращения.

Участок С. Со временем, когда давление в тормозном цилиндре постепенно увеличивается по команде БУ (участок В), снова возни­кает вероятность блокировки колеса. Поэтому БУ снова переклю­чает модулятор в режим «снижение давления» для понижения дав­ления в тормозном цилиндре.

Участок D. Поскольку давление в цилиндре колесного тормозно­го механизма снова снижено (участок С), БУ опять начинает увели­чивать давление, как на участке В.

На рис. 6.53 приведена принципиальная электрическая схема системы АБС (фирмы Bosch), в которой главным компонентом яв­ляется электронный блок управления.

 

 

Рис.6.53.

 

БУ конструктивно выполнен на полупроводниках и микросхемах, заключен в герметичный кожух, который устанавливается либо в салоне, либо в багажнике автомобиля.

С внешними устройствами и бортовой электросетью БУ связан многоконтактным разъемом.

К внешним входным устройствам БУ относятся:

- колесные датчики - 4 шт.;

- датчик замедления (только для полноприводных автомоби­лей);

-датчик отказа сигнала торможения;

- датчик тормозной педали (выключательсистемы АБС);

- датчик аварийного уровня тормозной жидкости;

-датчик стояночного тормоза;

- предохранители - 8 шт.

К внешним выходным (исполнительным) устройствам БУ отно­сятся:

- релейный блок управления (РБУ). Внутри РБУ установлены два реле с «сухими» контактами. Одно для включения электродви­гателя гидронасоса, другое для включения и переключения элек­тромагнитных соленоидов (ПП - правый передний, ЛП - левый пе­редний, ПЗ - правый задний, ЛЗ - левый задний) рабочих гидро­клапанов системы АБС;

- модулятор АБС с рабочими гидроклапанами и с электрическим гидронасосом. Каждый рабочий гидроклапан управляется с помо­щью электромагнитного соленоида, а соленоиды - от электриче­ских сигналов БУ;

- сигнальная лампа АБС. Предназначена для контроля за ис­правностью системы;

- сервисный разъем для вывода кодов неисправностей системы АБС;

- контрольный разъем для стендовой диагностики.

БУ работает следующим образом. При включении зажигания на контактах IG и ВАТ устанавливается напряжение аккумуляторной батареи GB. При этом на 3 с загорается контрольная лампа АБС.

Если один из предохранителей MAIN, ALT, AM или лампа АБС перегорают, система АБС не включается.

После пуска ДВС и разгона автомобиля до скорости более 6 км/ч в БУ отрабатывается функция первичного контроля. При этом выклю­чатель сигнала торможения на педали тормоза должен быть разомк­нут. Если в системе все исправно, то загорается лампа контроля сиг­нала торможения, а на лампу АБС подается код готовности системы АБС к работе. При достижении автомобилем скорости более 6 км/ч обе лампы гаснут. Если в АБС есть неисправность, то в системе отрабаты­вается функция самодиагностики и лампа АБС начинает мигать.

В АБС предусмотрена и функция надежности. Эта функция про­является при появлении любой неисправности. В таком случае сиг­налы управления от БУ на модулятор АБС не подаются, а тормоз­ная система автомобиля начинает работать без АБС.

Следует отметить, что сигналы БУ низкопотенциальные (поступа­ют от микросхем), а сигналы от РБУ к исполнительному механизму АБС силовые. Напряжение на соленоиды гидроклапанов в режиме снижения давления подается непосредственно от аккумуляторной батареи. Так формируется прямой ток соленоида 5 А. При этом кон­такты SFR, SFL, SRR, SRL через мощные транзисторы в БУ замыка­ются на «массу».

В режиме «удержания давле­ния» через соленоиды протекает обратный ток 2 А (см. рис. 6.53). При этом в соленоидах направ­ление магнитного потока изменя­ется на противоположное. Это способствует быстрому срабаты­ванию гидроклапанов при мень­шем токе управления и фиксиру­ет их в заданном для данного режима положении.

Если в тормозной системе ав­томобиля срабатывает датчик аварийного уровня тормозной жидкости, или введен в действие стояночный тормоз, то БУ вы­ключается (от закорачивания на «массу» контакта РКВ).

В настоящее время на совре­менных автомобилях начали ус­танавливаться электрогидравли­ческие тормоза. На рис. 6.54 при­ведена одна из таких схем. Здесь: 1 - датчик частоты вращения коле­са; 2 - датчик угла поворота руля; 3 - датчик поперечного ускоре­ния; 4 - тормозной суппорт; 5 - электрогидравлический блок управления; 6 -электронная пе­даль тормоза со вспомогатель­ным гидроцилиндром; 7 - распределительный блок АБС; 8 — глав­ный тормозной цилиндр

 

 

Рис. 6.54.

 

На рис. 6.55 показана динамика срабатывания электрогидрав­лических тормозов и современ­ных гидравлических тормозов системы АБС.

«Развязка» педали тормоза и рабочей гидравлики тормозной системы - следующий шаг после внедрения «электронных» педа­лей газа. Нажимая педаль тормо­за, водитель только посылает команду блоку управления. А давление (150 бар) в тормозной системе теперь создает гидрона­сос. В чем преимущества элек­трогидравлических тормозов? Во-первых, сокращается время сра­батывания. Обычные тормозные системы выходят на максимальное давление минимум через 0,2 с, даже с помощью популярных нынче систем, типа Brake Assist, a электрогидравлические тормоза способны создать то же давление менее чем за 0,1 с. Во-вторых, происходит более точное распреде­ление тормозных сил между колесами. В-третьих, такая система более гибко коммутируется с АБС и различными системами стаби­лизации движения, В-четвертых, на педали не чувствуется пульса­ции при срабатывании АБС, характерной для современных гидро­механических тормозных систем. В-пятых, отпадает необходимость в вакуумном усилителе, что особенно актуально для автомобилей с дизельными двигателями. К тому же ход педали тормоза, усилие на ней, ее расположение и кинематику теперь можно будет выбирать только с точки зрения эргономики.

 

Рис. 6.55.

Все системы АБС имеют функцию диагностики. Диагностика мо­жет осуществляться сигнальной лампой в комбинации приборов или при помощи специализированного оборудования, подсоеди­няемого к диагностическому разъему системы АБС.

Способы диагностирования

Диагностика неисправностей АБС без использования специализированной аппаратуры (АБС 2S фирмы Bosch). Для авто­мобилей, оборудованных АБС фирмы Bosch, в случаях, когда при появлении неисправностей сигнальная лампа в комбинации прибо­ров не загорается, следует прежде всего определить, где возникла неисправность: в системе тормозов или в АБС. Для этого выклю­чить реле питания АБС и проверить работу системы при движении автомобиля.

Возможные состояния контрольной лампы в комбинации прибо­ров указаны в табл. 6.1.

Таблица 6.1.

Операции проверки	Состояние сигнальной лампы
Исправна	Неисправна
Выключение зажига­ния	Не горит	Горит
Включение зажигания, без пуска двигателя	Не горит	Загорается на 0,5 с, затем гаснет
Не горит
Пуск двигателя	Не горит	Загорается через 20 с
Горит
Мигает
Проверка на ходу ав­томобиля, применяя аварийное торможе­ние	Не горит	Загорается
Горит
Мигает

 

Если отмеченная неисправность сохраняется, то причина может быть не связана с АБС, тогда проверяют состояние тормозных ко­лодок, главного тормозного цилиндра, шлангов и трубопроводов тормозной системы суппортов и т. п.

Диагностика при помощи специализированных приборов. Рассмотрим один из них. Прибор KTS500 фирмы Bosch присоеди­няют непосредственно к БУ с помощью разъема для диагностики. После подключения прибора можно получить доступ к информации, имеющейся в памяти БУ (постоянные и периодически появляющие­ся неисправности), а также проверять работу управляющих органов АБС (электромагнитных клапанов). С помощью прибора можно сти­рать данные в накопителях памяти БУ.

Данные о БУ и параметры системы (частота вращения колес и др.) высвечиваются на дисплее на жидких кристаллах.

С левой стороны прибор имеет строчный индикатор, на котором высвечиваются данные о наличии неисправностей в электрической и электронной частях АБС (короткие замыкания, нарушение изоляции и целостности проводов, несоответствие тока питания и нарушения функционирования БУ, реле электромагнитных клапанов, датчиков).

Напротив строчного индикатора крепится соответствующая про­веряемой системе диагностическая карта, по которой определяют­ся неисправности. Значения данных строчного индикатора и поря­док работы изложены в инструкциях по ремонту или в памятках по диагностике, прилагаемых к прибору.

⇐ Предыдущая32333435363738394041Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: