Электроника и безопасность автомобиля




Системы активной безопасности автомобиля


Антиблокировочные системы торможения ABS




С 2000 г. практически все выпускаемые автомобили среднего класса и выше имеют в стандартной комплектации или в качестве опций тормоза с антиблокировочной системой - АБС (Аntiblock Вгаkes System или ABS).
В настоящее время этой системой оснащаются практически все автомобили, сходящие с заводских конвейеров.
Система АБС была создана для предотвращения блокировки колес во время торможения, чтобы избежать их юза на дороге. В случае, если колеса автомобиля перемещаются юзом по дорожному покрытию, автомобиль теряет управляемость, и его движение становится мало предсказуемым.
ABS способна существенно сократить тормозной путь автомобиля, предотвращая при этом потерю управляемости.

ABS - антиблокировочная система торможения колес

При движении автомобиля по дороге с твердым (например, асфальтобетонным) покрытием, движение колес юзом приводит к истиранию поверхности шины, и между ней и дорогой образуется своеобразный смазочный слой из частиц резиновой пыли, что еще больше способствует потере управляемости (шины скользят, словно по смазке). По этим причинам, конструкторы автомобильной техники разработали систему, управляемую электроникой, и призванную зорко следить за характером движения каждого из колес автомобиля в процессе торможения.

Как работает система ABS?

Принцип работы этой системы заключается в том, что электронный блок управления постоянно следит за показаниями датчиков углового вращения колес (см. рисунок ниже), и если поступает информация, что одно из колес не вращается (сигнал от датчика линейный), а водитель при этом удерживает ногу на педали тормоза, из блока управления поступает команда на растормаживание колеса (или колес), перемещающегося юзом. Растормаживание осуществляется сборосом давления в рабочем тормозном цилиндре блокированного колеса. Колесо растормаживается на доли секунды, но этого достаточно, чтобы наладить связь с дорожным покрытием.
Процесс повторяется с достаточной частотой по мере необходимости, определяемой блоком управления, при этом водитель может чувствовать легкое подрагивание автомобиля. В результате процесс торможения протекает практически без скольжения (юза) колес.

как работает датчик частоты вращения колес

При блокировке любого колеса, любой пары колес или всех колес автомобиль теряет управляемость, поэтому блокировка может привести к аварии. В системе ABS колесные датчики определяют, какое колесо может быть заблокировано и гидравлический модулятор уменьшает давление тормозных колодок на тормозной диск этого колеса.
В результате автомобиль продолжает движение, не теряя сцепления с дорогой, и остается управляемым. Вероятность возникновения аварийной ситуации уменьшается.

На рисунке 2 показана траектория движения автомобиля при торможении на прямом участке трассы с включенной и отключенной системой ABS. При выключенной системе антиблокировки колес автомобиль плохо поддается управлению, начинает «рыскать» по дороге и траектория его движения может привести к аварии. Включенная система ABS позволяет легко маневрировать, используя тормоза и рулевое управление, поэтому траектория движения автомобиля вполне предсказуема.

принцип работы антиблокировочной системы торможения автомобиля

Сила трения между затормаживаемым колесом и дорожным покрытием зависит не только от сцепных свойств шины, состояния дорожного покрытия и массы автомобиля, но и от соотношения между скоростью движения автомобиля и угловой скоростью вращения колеса. В общем случае тормозной путь автомобиля минимален, если коэффициент скольжения s шины относительно дороги не более 30%.
Электронный блок управления (ЭБУ) определяет скольжение по формуле:

s = [(Vа - Vк)/Vа]×100%,

где - скорость движения автомобиля, приведенная к скорости - вращения колеса.




Скорость вращения каждого колеса в отдельности определяется колесными датчиками.
В некоторых системах ABS скольжение определяется с помощью линейных акселерометров.
Исполнительным механизмом системы ABS является многоканальный гидравлический модулятор, который по команде ЭБУ уменьшает или увеличивает давление тормозной жидкости в колесных тормозных цилиндрах при нажатии на педаль тормоза, не допуская блокировки колес вплоть до полной остановки автомобиля.

Концепция системы антиблокировки тормозов давно известна, но практическая реализация стала возможной после широкого развития компьютерной техники и технологий, появления малогабаритных и высоконадежных колесных датчиков, а также быстродействующих малогабаритных средств обработки информации - электронных микроконтроллеров.
Например, фирма «Bosch» (ФРГ) производит системы ABS серийно с 1978 года.

Однако статистика показала, что внедрение систем ABS не привело к ожидаемому сокращению дорожно-транспортных происшествий.
По этому поводу разработчики систем ABS полагают, что большинство водителей не умеют правильно пользоваться новой системой торможения: вместо резкого, сильного и одноразового нажатия на педаль тормоза в критических ситуациях водитель, не доверяя системе ABS, тормозит традиционно: многократно и часто нажимает на педаль.

По этой причине разрабатываются более совершенные системы ABS следящие не только за поведением колес на дороге, но и чутко реагирующие на действия водителя в критических ситуациях.
В основу этих разработок положено повышение давления в гидроприводе тормозной системы в аварийной ситуации при резком увеличении скорости движения тормозной педали, т. е. учитываются действия водителя для исключения ошибок в управлении автомобилем.

Для уменьшения времени срабатывания тормозной системы ABS несколько ведущих фирм-производителей автомобилей работают над созданием тормозов с электроприводом, поскольку замена гидравлического привода тормозов на электрический привод позволит существенно повысить быстродействие процессов торможения и их надежность.

***

Конструкции систем АБС

Существует множество вариантов конструктивного исполнения антиблокировочных устройств. Наибольшее распространение на современных легковых автомобилях получили четырехканальные АБС, например, ABS BOSCH 5.
В таких системах (рис. 3) каждое колесо имеет отдельный гидравлический тормозной контур с автоматическим регулированием давления, для обеспечения торможения каждого колеса в отдельности.

Схема работы АБС - антиблокировочной системы торможения колес

Рис. 3. Схема 4-х канальной ABS:
ЭБУ – электронный блок управления; ЭГК – электроуправляемые гидравлические клапаны; ГН – гидравлический откачивающий насос; ГТЦ – главный тормозной цилиндр; ПТ – педаль тормоза; ДП – датчик нажатия педали тормоза; ДР – диагностический разъем; КЛ-А – контрольная лампа АБС; КЛ-Ж – контрольная лампа минимального уровня тормозной жидкости в бачке; КД-1 - 4 – колесный датчик угловой скорости; КТЦ-1 - 4 – колесный тормозной цилиндр

Для реализации 4-х контурной гидравлической тормозной системы с автоматическим управлением (ABS), в каждом контуре имеются электроуправляемые гидравлические клапаны (ЭГК), с помощью которых обеспечивается регулирование давления тормозной жидкости в колесном тормозном цилиндре (КТЦ), путем его стравливания с помощью откачивающего гидравлического насоса (ГН).
Такие ЭГК всех колес, ГН и ЭБУ конструктивно объединяют в центральный исполнительный механизм, называемый электрогидравлическим блоком (ГБ) (рис. 3).

как работает антиблокировочная система торможения колес Рис. 4. Зависимость скорости автомобиля , скорости и ускорения колеса, тока соленоида Iw и давления в колесном тормозном цилиндре PКТЦ от времени торможения t

Алгоритм автоматического управления ЭГК и ГН осуществляется путем сравнения скоростей вращения колес с приведенной скоростью движения кузова автомобиля Va, что реализуется в ЭБУ, который получает сигналы о скорости вращения колес от колесных датчиков (КД), принцип работы которых пояснен на рисунке выше.
В случае необходимости снижения давления PКТЦ в колесном тормозном цилиндре (КТЦ) при отставании скорости конкретного колеса от скорости автомобиля (рис. 4), с ЭБУ на соленоиды соответствующих ЭГК подается ток управления Iw. ЭГК срабатывают и переключают гидравлический тормозной контур (рис. 5) в режим принудительного растормаживания колеса, в результате, скорость колеса повышается и ЭБУ отключает питание ЭГК, переводя систему в штатный режим.

Таким образом, постоянно обеспечивается автоматическая корректировка эффективности торможения каждого колеса в отдельности.
Такое управление гидравлическими тормозами не допускает блокировки колес в любых условия торможения автомобиля.

За все время движения автомобиля с датчиков угловых скоростей колес на блок управления ABS поступают электрические сигналы, характеризующие значения текущих скоростей вращения колес. В качестве датчиков скоростей колес используются индуктивные датчики ИД или датчики Холла.

При торможении автомобиля, из-за неодинаковых тормозных условий разных колес возникает разница в величинах их скоростей и скоростью движения автомобиля. Если эта разница не значительна, АБС находится в режиме сбора информации с датчиков, гидравлическая система тормозов работает классически (рис. 7 а). При этом впускные и выпускные клапаны в гидравлическом блоке обесточены – впускные клапаны нормально открыты, а выпускные – закрыты.

четырехканальная ABS

Рис. 5 . Схема 4-х канальной ABS:
1...4 – колесные тормозные цилиндры; И – испаритель; Н – накопитель; Вп-1...4 – впускные ЭГК АБС; Вып-1...4 – выпускные ЭГК АБС; ОК – обратный клапан

электрогидравлический блок <em>ABS

Рис. 6 . Электрогидравлический блок ABS:
а) блок АБС в сборе; б) внутреннее устройства блока АБС;
1 - разъем подключения; 2 - ЭБУ; 3 - гидравлический блок; 4 -гидравлический насос; 5 - реле; 6 - уплотнительная прокладка; 7 - соленоид; 8 - контакты питания гидравлического насоса; 9 - корпус ЭГК; 10 - каналы с резьбой для крепления гидравлических контуров

Если с датчиков скоростей колес на ЭБУ ABS приходят сигналы рассогласованные значительно, например, при заданной минимальной угловой скорости (блокировке) одного из колес, то он подает питание (рис. 8) на реле гидравлического насоса РГН и реле электромагнитных клапанов РЭМК.
Включается гидравлический откачивающий насос ГН, на электромагнитные клапаны (ЭМК) подается положительный потенциал. И в зависимости от того, какое колесо (или колеса) необходимо растормозить, цепь питание соответствующих клапанов замыкается (с ЭБУ подается потенциал).

Тем самым, при расторможении определенного колеса закрывается его впускной клапан и открывается выпускной клапан. Гидравлический насос откачивает жидкость через выпускной клапан и давление в тормозном колесном цилиндре снижается (рис. 7, б), колесо приобретает скорость.

Если при дальнейшем торможении скорости колес становятся близки, то ЭБУ отключает РГН и РЭМК, тем самым останавливается ГН и открываются впускной, и закрывается выпускной клапаны. Если торможение продолжается (педаль тормоза нажата) и скорость колеса опять снижается ниже заданной минимальной, то процесс снижения давления в КТЦ повторится.

схема работы гидравлики <em>ABS

Рис. 7 . Схемы режимов работы гидравлики ABS (АБС) на примере контура одного колеса:
а) режим торможения без АБС; б) режим снижения давления;
Вп – впускной ЭГК; Вып – выпускной ЭГК; Н – накопитель; ГН – гидравлический откачивающий насос; ОК – обратный клапан

электрическая схема <em>ABS

Рис. 8. Электрическая схема 4-х канальной ABS:
Пр – предохранитель; ВЗ – выключатель зажигания; ЛСТ – лампа сигнала торможения; РЭМК – реле электромагнитных клапанов; РГН – реле гидравлического насоса

***

Развитие электроники позволило совершенствовать АБС и дополнить ее специальными функциями, такими как: электронная блокировка дифференциала ведущего моста EDS (ЭБД), противобуксовочная система ASR (ПБС) и др.
На современных автомобилях антиблокировочная система торможения ABS работает согласованно с антипробуксовочной системой ASR, о которой речь на следующей странице.

***

Системы антипробуксовки колес



Главная страница


Специальности

Учебные дисциплины

Олимпиады и тесты