Назначение, типы и работа антиблокировочных систем

  Антиблокировочная система предназначена для исключения блкирования колес при торможении. Система автоматически регулирует значения тормозных моментов на колесах автомобиля, обеспечивая оптимальное его торможение. Наивысший эффект от применения АБС досигается на скользких покрытиях, где особенно автомобили склонны к заносам. Эффектвность торможения повышается на 10…15%; автомобиль сохраняет управляемость и устойчивость. При торможении на сухом асфальтобетонном покрытии такого сокращения тормозного пути можно и не получить.

  Известно, что коэффициент сцепления шин с дорогой зависит не только от типа и состояния дорожного покрытия, но и от других факторов. В частности, на величину коэффициента сцепления влияет скорость колеса при торможении, а также свойства эластичной шины. На рис.10.39 приведена графическая зависимость коэффициента сцепления  = от коэффициента скольжения S.       

Рис.10.39. Зависимость коэффициентов сцепления в продольном направлении φ_х и в поперечном направлении φ_y от коэффициента скольжения S

Относительная скорость скольжения шины определяется из выражения

S = ,                                                                                                                    (10.45)

где V_A – скорость автомобиля;

  ω_тк – угловая скорость тормозного колеса;

   r_к – радиус качения колеса.

  Из графика видно, что при некоторых значениях S = S_кр коэффициент φ_х имеет максимальное значение. Для большинства дорожных покрытий максимальное значение φ_х находится в диапазоне изменения коэффициента скольжения S_кр = 0,1…0,3. В этом диапазоне δ коэффициент сцепления в поперечном направлении φ_y имеет высокое значение, что обеспечивает устойчивость движения при действии боковых сил. При доведении колес до состояния блокирования коэффициенты сцепления φ_х и φ_y снижаются, а, следовательно, снижаются эффективность торможения и устойчивость движения.

Основной задачей АБС является поддерживание в процессе торможения относительной скорости скольжения колес в узком пределе вблизи значений S_кр, обеспечивая оптимальный режим торможения. Для этой цели необходимо автоматически регулировать в процессе торможения подводимый к колесам тормозной момент.

  Имеется много разнообразных конструкций АБС и схем их размещения на автомобиле. Но независимо от конструкции, любая АБС должна включать следующие элементы:

датчики, функцией которых является выдача информации об угловой скорости колеса, замедлении автомобиля и колеса;

электронный блок управления, принимающий информацию от датчиков, логически обрабатывающий ее и подающий команду исполнительным механизмам;

исполнительные механизмы или модуляторы давления, которые, в зависимости от поступающей из блока управления команды, снижают, повышают или удерживают на постоянном уровне давление в приводе к тормозным механизмам.

  Процесс автоматического регулирования тормозного момента М_т по замедлению тормозящего колеса  циклический. Уравнение движения колеса в режиме торможения с АБС описывается формулой:

J_к ∙  = М_т - М_φ,                                                                                                        (10.45)

J_к – момент инерции колеса;

М_φ – предельный моментпо сцеплению.

  С помощью этого уравнения строится график работы АБС (рис.10.40). В начале торможения возрастает тормозной момент М_т (участок 0-1-2), что приводит к замедлению вращения колеса (М_т > М_φ) и увеличению S. Особенно быстро замедление возрастает на отрезке 1-2, где разность (М_т - М_φ) резко увеличивается из-за уменьшения момента скольжения М_φ и вследствие того, что замедление колеса ε_к прямопропорционально разности (М_т - М_φ):

ε_к =  = .                                                                                                              (10.46)

   Резкий рост замедления свидетельствует о том, что относительное скольжение стало больше S_кр. Блок управления в точке 2 дает команду модулятору на снижение давления в приводе тормозов. Точка 2 указывает на первую команду - «уставку». По этой команде тормозной момент М_т снижается и в точке 3 становится равным моменту М_φ, а замедление

ε_к = 0. Замедление ε_к = 0 становиться второй «уставкой», по которой блок управления дает команду модулятору на поддержание в приводе тормозов постоянного давления, а значит и постоянного момента.

   В этой фазе М_т < М_φ и замедление ε_к = меняет знак, а колесо начинает ускоряться. Мксимальное ускорение достигает своего значения в точке 4, являющейся третьей «уставкой». В точке 4 блок управления дает команду модулятору на увеличение давления в тормозном приводе. Представленный на рис. 10.40 график повторяется, обеспечивая поддержание относительного скольжения вблизи S_кр.

Рис. 10.40. График работы АБС: 1, 2, 3, 4 – точки команд на изменение давления в приводе

  На рис. 10.41 приведены графики изменения параметров торможения во времени. Процесс работы АБС может протекать по двух- или трехфазному циклу. При двухфазном управлении торможением автомобиля с помощью АБС организуются фазы нарастания давления и сброса давления; при трехфазной работе АБС цикл стороится следующим образом: первая фаза – нарастание давления, вторая фаза – сброс давления, третья фаза – поддержание давления на постоянном уровне. При построении алгоритма работы АБС спо замедлению тормозящего колеса ε_к применяется трехфазный цикл, как обеспечивающий меньший расход рабочего тела в приводе. Однако трехфазная АБС имеет более сложную конструкцию модулятора.

Рис. 10.41. График изменения параметров торможения автомобиля с АБС во времени

Блок схема управления АБС приведена на рис. 10.42.

 

 

 

Рис. 10.42. Блок схема

управления АБС

 

    

    Эффективность применения АБСзависит от принятой схемы размещения элементов. Наиболее эффективна схема с установкой датчиков на каждом колесе, блоков управления и модуляторов в приводе к каждому тормозному механизму (рис. 10.43, а). Однако эта схема наиболее дорогостоящая и сложная по конструкции. Имеются схемы с упрощенной конструкцией с установкой датчиков на каждом заднем колесе, а блока управления и модулятора для колес задней оси в целом (рис.10.43, б). Еще проще вариант с установкой одного датчика в трансмиссии, одного блока управления к задним колесам и модулятора в приводе задних тормозов (рис.10.43, в). На (рис.10.43, г) приведена схема, в которой датчики угловых скоросте установлены на каждом колесе, блоки управления и модуляторы предусмотрены для колес каждой оси.

 

Рис. 10.43. Схемы установки элементов АБС на автомобиле

 

На схеме применены следующие обозначения:

блок управления

 

модулятор

датчик

О

АБС в гидроприводе тормозов

АБС на автомобилях с гидроприводом тормозов исполняется в двух вариантах: с замкнутым контуром, с разомкнутым контуром. Замкнутый (гидростатический) привод работает по принципу изменения объема с установкой модулятора с дополнительной камерой (рис. 10.44), работающего по двухфазовому циклу.

Рис. 10.44. Схемы модулятора давления гидростатического привода тормозов с АБС

 

     Первая фаза – нарастание давления: обмотка электоромагнита 1 отключена от источника тока. Якорь 3 с плунжером 4 находится под действием пружины 2 в крайнев правом положении. Клапан 6 пружиной 5 отжат от своего гнезда. При нажатии на тормозную педаль жидкость отглавного тормозного цилиндра под давлением поступает на вход II и через открытый клапан 6 к выводу I и далее к колесным тормозным цилиндрам.

Вторая фаза – сброс давления: блок управления подключает обмотку электромагнита 1 к источнику питания. Якорь 3 с плунжером 4 перемещаются влево, увеличивая объем камеры 7. Одновременно клапан 6 перемещается влево, перекрывая вывод I к колесным цилиндрам. Увеличение объема камеры 7 снижается давление в приводе и уменьшается тормозной момент. Далее блок управления дает команду на нарастание давления и цикл повторяется.

Разомкнутый или открытый (привод высокого давления) имеет внешний источникэнергии в виде гидронасоса высокого давления и гидроаккумулятора. Этот привод (рис. 10.45) сложнее гидростатического и дороже в изготовлении, но он обладает хорошим быстродействием.

Рис. 10.45. Открытый двухконтурный привод высокого давления с АБС

     

Такой привод имеет два контура и поэтому он требует установки двух гидроаккумуляторов, в которых давление поддерживается на уровне 14…15МПа. В этом приводе применен двухсекционный клапан управления, обеспечивающий пропорциональность между усилием на педали и давлением в гидроприводе к тормозным механизмам.

При нажатии на тормозную педаль давление от гидроаккумуляторов передается к модуляторам 1, которые управляются электронными блоками 3, получающими информацию от колесных датчиков 1. Схема двухфазового модулятора золотникового типа приведена на рис. 10.46. Работа этого модулятора строится следющим образом.

  На первой фазе (нарастание давления) блок управления отключает катушку соленоида от источника питания (рис. 10.46, а). Золотник и якорь соленоида усилием пружины перемещются в верхнее положение. При торможении клапан управления сообщает между собой гидроаккумулятор (вывод I) с нагнетательным каналом модулятора давления. Тормозная жидкость под давлением поступает через вывод II к колесным цилиндрам тормозных механизмов.

   На второй фазе (сброс давления) блок управления соединяет катушку соленоида с  источником питания (рис. 10.46, б). Якорь соленоида перемещается вниз, подача тормозной жидкости в колесные цилиндры прекращается, вывод II колесных цилиндров сообщается с каналом слива III и тормозной момент снижается. Блок управления дает команду на нарастание давления, отключая катушку соленоноида от источника тока, и дальше цикл повторяется.

 

Рис. 10.46. Схема работы двухфазового модулятора золотникового типа