Антиблокировочная система (АБС/ABS)

3. Серийные и перспективные компоненты и системы.

Антиблокировочная система - АБС/ABS:

- Источник сжатого воздуха;

- Рабочие тормоза с антиблокировочной системой (ABC/ABS);

- Стояночный тормоз.

Дополнительные элементы для повышения безопасности:

- Противобуксовочная система (ПБС/ASR);

- Электронная тормозная система (EBS) с регулируемой силой сцепки.

Оптимизация комфорта:

- Пневматическая подвеска с электронным управлением (ELC);

- Автоматический привод дверей.

Перспективные системы обеспечения надежности и комфорта:

- Электронная система управления устойчивостью/стабилизации (ESP);

- Адаптивный круиз-контроль (АСС).

3.1. Антиблокировочная система (ABC/ABS)

Антиблокировочная система (АБС, Antilock Brake System - ABS), являясь частью рабочей тормозной системы, при торможении препятствует блокированию колес, как на сухой дороге, так и на дорожном полотне при постоянной смене различных комбинаций его состояний (гололед, мокрая дорога и другие состояния, влияющие на коэффициент сцепления).

Антиблокировочная система или в более простом виде - автоматическое устройство для предотвращения блокировки, создана для предотвращения блокировки колес транспортного средства при торможении в основном на дорогах со скользким покрытием. При торможении с АБС должны сохраняться силы бокового увода колес для обеспечения устойчивости транспортного средства и его управляемости в пределах физических возможностей. Одновременно достигается оптимальное сцепление шин с дорожным покрытием, и,в результате этого, оптимальное замедление транспортного средства и минимальный тормозной путь.

Антиблокировочная система (АБС) для грузовых автомобилей состоит из:

-4-х или 6-х колесных датчиков скорости, пружинных втулок для датчиков и индукторов (импульсных колес);

-от 2-х до 6-ти магнитных клапанов АБС;

-электронного блока управления (ЭБУ, ECU);

-контрольной лампы, диагностического интерфейса, релейного или цифрового интерфейса для управления замедлителем;

-переключателя для функции внедорожного режима АБС;

-проводки по кабине, по раме, минусовых и плюсовых питающих проводов, а так же предохранителей (плавких ставок).

Кроме перечисленного могут быть установлены:

-кнопочный или обычный переключатель диагностики;

-переключатель для временного отключения ограничения скорости для транспортных средств с не синхронизированной коробкой передач.

Датчики частоты вращения, взаимодействуя с импульсными кольцами, определяют скорость каждого колеса. Сигналы поступают на электронный блок управления. Он

фиксирует тенденцию к блокировке колес и выдает управляющие сигналы на клапаны управления давлением (модуляторы) для обеспечения устойчивости и управляемости транспортного средства при торможении.

Модулятор давления состоит из двух соленоидных клапанов (по одному для стабилизации и сброса давления), которые управляются блоком управления. Клапан стабилизации блокирует связь с тормозным краном, а клапан сброса понижает давление в тормозном цилиндре. При отсутствии управляющих сигналов модуляторы беспрепятственно пропускают воздух в обоих направлениях. В стояночной тормозной системе ее кран управляет снижением давления в пружинном энергоаккумуляторе. Тормозная система прицепа питается сжатым воздухом и управляется через кран прицепа от рабочей и стояночной тормозных систем тягача. Расположение компонентов системы показаны на рисунках 1 и 2.

На основании электрических сигналов, поступающих от датчиков угловой скорости, блок управления АБС сравнивает угловые скорости колес. При возникновении опасности блокирования одного из колес, блок управления АБС закрывает соответствующий впускной клапан колеса. Выпускной клапан при этом остается закрытым. Происходит удержание давления в контуре. При дальнейшем нажатии на педаль тормоза давление (воздуха/жидкости) в контуре не увеличивается.

Рисунок 1. Расположение компонентов на автомобиле

При дальнейшей блокировке колеса, блок управления открывает соответствующий выпускной клапан. Впускной клапан при этом остается закрытым. Происходит сброс давления в контуре через порт выброса в атмосферу. Вращение колеса ускоряется. Водитель при этом ощущает пульсацию педали тормоза.

Как только угловая скорость колеса превышает определенное значение, блок управления закрывает выпускной клапан и открывает впускной. Происходит увеличение давления в контуре.

Цикл работы антиблокировочной системы тормозов повторяется до завершения торможения (показан на рисунке 3).

Тормозные силы задних колес регулируются по принципу индивидуальной регулировки, колеса передней оси регулируются по принципу модифицированной регулировки, о которых более подробно будет упомянуто далее.

На графике наглядно изображен принципиальный цикл работы АБС с важнейшими рабочими параметрами порога замедления колеса -b, порога ускорения колеса +b, порогов проскальзывания λ1 и λ2, коэффициента сцепления μ и коэффициента скольжения колеса λ.

Рисунок 2. Расположение компонентов на полуприцепе

С увеличением тормозного давления колесо соответственно замедляется. В точке 1 замедление колеса превышает величину, которую замедление автомобиля физически превысить не может. Базовая скорость, соответствующая до этой скорости колеса, теперь значительно отличается от скорости колеса которая, начиная с точки 2 (превышение порога -b) существенно понижается.

В точке 2 порог замедления - b превышается. Колесо движется в зоне неустойчивого участка кривой проскальзывания μ-λ. Колесо теперь достигает своей максимальной силы торможения, так что дальнейшее увеличение тормозного момента увеличивает исключительно замедление колеса, а не транспортного средства. По этой причине тормозное давление быстро понижается и замедление колеса на короткий период времени уменьшается.

Время, требуемое для уменьшения замедления колеса, определяется гистерезисом колесного тормоза и характеристикой кривой проскальзывания μ-λ, в неустойчивом диапазоне.

Только после прохождения гистерезиса колесного тормоза дальнейшее понижение тормозного давления ведет к снижению замедления колеса.

В точке 3 сигнал замедления вновь находится в пределах порога -b, и тормозное давление поддерживается на протяжении фиксированного времени Т1 постоянным.

Как правило, ускорение колеса превышает в течение этого времени порог ускорения +b (точка 4). На время превышения этого порога тормозное давление поддерживается постоянным. Если (например, на поверхности с низким коэффициентом сцепления) ускорение колеса не достигает порога ускорения +b за временной отрезок Т1, то тормозное давление через сигнал проскальзывания λ1 понижается еще ниже. Более высокий порог проскальзывания λ2 при данных обстоятельствах регулировки не достигается.

В точке 5 преодолевается порог ускорения + b, колесо находится в стабильной зоне кривой проскальзывания μ-λ.

Теперь на определенное время Т2 тормозное давление подается со значительным нарастанием для преодоления гистерезиса механизма колесного тормоза. Время Т2 для первого цикла регулировки задается постоянным, а для каждого последующего цикла

рассчитывается заново. После быстрой начальной фазы управления, в дальнейшем тормозное давление повышается с пульсацией, чередуя при этом поддержание и подачу давления. Описанная здесь принципиальная логика не является строго заданной, а приспосабливается к конкретным динамическим характеристикам колеса, к различным коэффициентам трения, т. е. система, выполнена как адаптируемая система управления. Значения порогов замедления, ускорения и проскальзывания не постоянны, а зависят от многих параметров, например, от скорости движения, от замедления транспортного средства и т.д.

Рисунок 3. Диаграмма работы

Число циклов регулировки определяется динамическими характеристиками всего регулировочного контура, состоящего из контура управления АБС, колесного тормоза, колеса, дорожного покрытия. Сцепление колеса с дорожным покрытием при этом имеет главное значение. Как правило, имеют место от трех до пяти циклов в секунду но, например, на мокром льду гораздо меньше (показано на рисунке 4).

Если во время цикла управления АБС включен моторный тормоз или тормоз замедлитель, то они, при определенных условиях, на время работы АБС отключаются.

Для передних колес, как уже отмечалось выше, используется принцип модифицированной индивидуальной регулировки, при котором электронный блок управления АБС сравнивает сигналы с датчиков передних колес и модулирует торможение для обоих передних колес. Если, например, на дороге с односторонним низким коэффициентом сцепления осуществляется управление одного из передних колес, АБС регулирует тормозное давление другого колеса таким образом, что до определенного максимального значения создается (пошаговая) разница давлений в тормозных камерах передних колес.

При конфигурации 4S/3M на переднюю ось устанавливается всего один модулятор АБС. Управление АБС осуществляется при этом по первому заблокированному колесу передней оси.

Для транспортных средств с колесной формулой 6x4 и 6x2 с системой АБС 4S/4M используется подобный принцип для управления двух задних колес одной стороны, которые подключаются к одному модулятору. Алгоритм в этом случае называется модифицированное регулирование по бортам. Если, например, на дороге с односторонним низким коэффициентом сцепления осуществляется управление одного из передних колес, АБС регулирует тормозное давление другого колеса таким образом, что до определенного максимального значения создается (пошаговая) разница давлений в тормозных камерах передних колес.

При конфигурации 4S/3M (4S/4K) на переднюю ось устанавливается всего один модулятор АБС. Управление АБС осуществляется при этом по первому заблокированному колесу передней оси.

Для транспортных средств с колесной формулой 6x4 и 6x2 с системой АБС 4S/4M используется подобный принцип для управления двух задних колес одной стороны, которые подключаются к одному модулятору. Алгоритм в этом случае называется модифицированное регулирование по бортам.

Рисунок 4. Диаграмма зависимости коэффициента сцепления шины и скольжение колеса

3.1.1. Внедорожный режим работы АБС

Внедорожный режим работы может быть использован в случае, если необходимо большее проскальзывание колес (кратковременная блокировка), например, для торможения на особых поверхностях (лед, снег, мокрый асфальт). Правила №13 ЕЭК ООН серии 7 требуют автоматического отключения функции внедорожного режима работы АБС при повторном включении замка зажигания. БУ (ECU) имеет опциональный режим управления, который дает преимущества на мягких (рыхлых) дорожных покрытиях, таких как снег, песок, по уменьшению тормозного пути при сохранении управляемости и устойчивости.

Решение об установке переключателя внедорожного режима работы АБС принимает сам производитель в зависимости от типа и области применения транспортного средства. При внедорожном режиме отключается управление АБС при скорости автомашины менее 15 км/ч и допускается большее проскальзывание колес при торможении со скорости автомашины до 40 км/ч. При скорости автомашины более 40 км/ч осуществляется стандартное АБС регулирование, а в пределах скоростей 15..40 км/ч данная функция допускает кратковременную блокировку колес при торможении.

О выбранном режиме водитель информируется посредством контрольной лампы АБС (WL) которая медленно мигает до тех пор, пока внедорожный режим работы АБС не будет отключен (исключение: ошибка в работе системы, контрольная лампа горит постоянно). Скоростной диапазон и функционирование контрольной лампы при внедорожном режиме АБС могут быть изменены установкой соответствующего параметра. Производитель транспортного средства обязан указать в «Руководстве по эксплуатации автомобиля», что внедорожный режим работы АБС не должен использоваться в нормальных дорожных условиях, так как автомобиль при этих обстоятельствах не будет соответствовать правилам №13 ЕЭК ООН.