Антиблокировочная система тормозов (ABS)
05.06.2010
Физические принципы
Система ABS может помочь предотвратить столкновение в критических ситуациях движения. Однако ее наличие никогда не должно провоцировать водителя на более опасный стиль вождения.
Система ABS была внедрена на автомобили с целью обеспечения и поддержания курсовой устойчивости движения автомобиля в процессе торможения.
На работу системы ABS оказывают большое значение следующие факторы:
Тормозной путь
Тормозной путь автомобиля зависит от массы автомобиля, скорости, с которой он движется, когда активизируются тормоза, и тормозное усилие.
Независимо от того, установлена система ABS или нет, тормозной путь автомобиля должен быть как можно короче.
Тормозное усилие
Тормозная система генерирует тормозное усилие за счет работы таких элементов, как фрикционные накладки и тормозной диск или тормозной барабан. После этого тормозное усилие передается колесами и шинами к дорожному покрытию.
Тормозное усилие может возрастать до такого уровня, при котором заторможенное колесо начинает блокироваться.
Коэффициент трения
Чтобы обеспечить самый короткий тормозной путь, шина должна быть способна передавать к дорожному покрытию как можно более высокое тормозное усилие.
Это свойство передачи усилия между дорожным покрытием и шинами характеризуется с помощью коэффициента трения.
Коэффициент трения м описывает зависимость между вертикальной силой, воздействующей на шину, и силой трения, которая необходима для перемещения, например, заблокированного колеса относительно дорожного покрытия. М =Fr/Fn
Вертикальная сила, действующая на шину, определяется общей массой и положением центра тяжести автомобиля.
Однако сила трения зависит от таких факторов, как:
• материал дорожного покрытия,
• тип дорожного покрытия,
• материал шины,
• конструкция шины,
• тип трения (трение покоя, трение скольжения или трение качения).
Скольжение шины
Окружная скорость свободно катящегося колеса, другими словами колеса, которое ни тормозится, ни ускоряется, равна скорости движения автомобиля. Однако прикладывание силы торможения или ускорения к шине приводит к уменьшению или увеличению скорости шины относительно дорожного покрытия. Шина начинает скользить или пробуксовывать.
Эта разница в скорости между окружностью шины и дорожным покрытием называется скольжением. Скольжение определяет соотношение двух скоростей относительно друг друга и поэтому дается в процентах.
Полностью заблокированное колесо имеет коэффициент скольжения 100 %, а свободно катящееся колесо имеет коэффициент скольжения 0 %.
Зависимость коэффициента трения от скольжения шины
Вследствие вязкостных свойств шины между шиной и дорожным покрытием всегда имеется комбинация трех различных типов трения (смешанное трение). Соответствующий процент от каждого отдельного типа трения будет зависеть от превалирующего скольжения шины.
Тип трения оказывает большое влияние на силу трения и поэтому на описанный коэффициент трения. Следовательно, коэффициент трения напрямую зависит от степени скольжения шины.
Коэффициент трения/ скольжение шины
Максимальный достижимый коэффициент трения для современных шин находится в диапазоне между 15% и 22% скольжения шины. Теоретически этот диапазон представляет оптимальный рабочий диапазон системы ABS.
Шина передает и продольные, и поперечные силы к дорожному покрытию. Продольные силы вступают в действие при ускорении и торможении автомобиля. Поперечные силы обеспечивают стабильность движения автомобиля на повороте.
Продольные и поперечные силы дают максимальную силу трения, которая может быть передана шиной. Это означает, что полностью заблокированное колесо (экстренное торможение на автомобиле с ABS), например, не может больше создавать усилие поворачивания. Автомобиль становится неуправляемым, то есть происходит его увод. С другой стороны, автомобиль, который испытывает дополнительное торможение, когда сцепление с дорогой доходит до предельного значения при движении на повороте, также неизбежно начинает испытывать увод.
Эта зависимость от продольных и поперечных сил показывается на схеме сил трения, показанной выше.
Пока результирующая сила трения остается в пределах показанного круга, обеспечивается курсовая устойчивость автомобиля. Если результирующая сила трения выходит за пределы круга, автомобиль становится неустойчивым и идет в занос.
Процедуры управления
Система ABS контролирует скорость соответствующих колес автомобиля с помощью датчиков скорости колеса. Используя значения скорости всех колес, модуль ABS рассчитывает так называемую опорную скорость, которая является мерой фактической скорости движения.
Когда водитель инициирует торможение, модуль ABS сравнивает значения окружной скорости отдельных колес с этой опорной скоростью.
Если окружная скорость одного или нескольких колес отличается от опорной скорости слишком сильно, это означает, что скольжение в рассматриваемых колесах настолько велико, что курсовая устойчивость автомобиля больше не обеспечивается.
Модуль ABS активизирует электромеханические клапаны, которые влияют на тормозное давление в соответствующих колесах.
Гидравлическая система
Гидравлическая система обычной тормозной системы с ABS дополняется такими важными элементами, как:
• впускные клапаны,
• выпускные клапаны,
• насос ABS.
Когда тормозная система не активизирована, все элементы находятся в исходном положении. Система заполнена тормозной жидкостью, но не под давлением.
Фаза генерирования давления (без работы ABS)
При нажатии на педаль тормоза в главном тормозном цилиндре за счет силы, прикладываемой к педали, и дополнительной силы от вакуумного усилителя тормозов, создается тормозное давление.
Давление направляется через открытый впускной клапан к тормозному суппорту или колесному тормозному цилиндру.
Выпускной клапан в возвратной магистрали остается закрытым.
Работа идентична работе обычной тормозной системы.
Фаза поддержания давления (вмешательство со стороны ABS отсутствует)
Если после успешного подъема давления и эффективного торможения колеса показывают признаки блокировки, впускной клапан в возвратной магистрали колесного тормоза будет закрыт.
Выпускной клапан в возвратной магистрали остается закрытым.
Давление в колесном тормозе сохраняется и не может быть увеличено по входному сигналу водителя.
Фаза уменьшения давления (при работе ABS)
Если, несмотря на инициирование фазы поддержания давления, все еще имеются признаки того, что колесо имеет склонность к блокировке, давление, прикладываемое к колесному тормозу, будет уменьшаться.
Для этой цели выпускной клапан в возвратной магистрали открывается, и тормозное давление будет уменьшаться за счет выхода жидкости через возвратную магистраль. Вытекающая тормозная жидкость идет к гидравлическому аккумулятору.
В течение этого времени впускной клапан остается закрытым.
В результате уменьшения тормозного давления заблокированное колесо снова начинает вращаться.
Процедура управления начинается снова с самого начала цикла и так до тех пор, пока автомобиль не остановится или не прервется подача входного сигнала торможения от водителя.
Когда начинается процесс управления, модуль ABS активизирует насос ABS.
Насос ABS забирает предварительно накопленную тормозную жидкость из гидравлического аккумулятора и подает ее под высоким давлением в контур управления.
При контролируемом торможении педаль тормоза остается в соответствующем начальном положении.
Водитель может обнаружить изменения давления, вызываемые процессом управления торможением по пульсации педали тормоза. Это заданная реакция, которая говорит об активации системы ABS, чтобы водитель мог реагировать, изменяя свой стиль вождения.
Различия между системами ABS в зависимости от их типа
Процедура управления одинакова во всех используемых системах. Однако следующие версии могут различаться.
Открытая/ замкнутая возвратная система
В системе ABS с открытой возвратной системой отсутствует гидравлический аккумулятор. Тормозная жидкость, которая вытекает в результате уменьшения тормозного давления, идет назад в бачок гидропривода тормозов.
Насос ABS берет тормозную жидкость прямо из бачка гидропривода тормозов.
Открытая возвратная система
Здесь подача на впуске, обеспечиваемая насосом ABS, не ограничивается объемом тормозной жидкости, возвращаемой из колесного тормоза. Поэтому, активизированный насос должен отжимать педаль тормоза до упора назад, преодолевая любое усилие, прикладываемое водителем.
Это ухудшает комфортность водителя, и для предотвращения этого эффекта в случае ABS с открытой возвратной системой устанавливается дополнительный датчик перемещения педали тормоза.
Активированный насос ABS сначала отводит педаль тормоза назад, преодолевая любое усилие, прикладываемое водителем вследствие подъема давления.
Как только датчик перемещения педали тормоза обнаруживает следующее самое высокое положение педали, модуль ABS снова выключает насос ABS.
Увеличение запроса тормозной жидкости в течение продолжающейся фазы управления позволяет педали тормоза снова опуститься так, чтобы при достижении следующего самого низкого положения педали тормоза насос ABS активировался снова.
Благодаря этому контуру управления в процессе контролируемого торможения педаль тормоза поддерживается в удобном положении для водителя.
Датчик перемещения педали тормоза не оказывает никакого влияния на фактическое управление ABS.
Присоединенные/ встроенные системы
Встроенная система
На встроенной системе все элементы, генерирующие давление, и управляющие элементы (главный тормозной цилиндр, вакуумный усилитель тормозов, блок клапанов, насос ABS) объединены в один компактный блок.
Этот блок заменяет обычный главный тормозной цилиндр.
Присоединенная система
В присоединенной системе остаются элементы обычной тормозной системы (главный тормозной цилиндр, вакуумный усилитель тормозов), но к ним добавляется дополнительный HCU (гидравлический блок управления).
В состав HCU входит блок клапанов, насос ABS, при необходимости гидравлический аккумулятор и модуль ABS.
Преимущество системы этого типа - большая свобода в расположении элементов.
Число датчиков скорости колеса
Число используемых датчиков скорости колес для различных систем различно. Обычно используются четыре датчика скорости колеса, то есть для каждого колеса предусмотрен свой датчик.
На автомобилях с ведущим задним мостом некоторые из систем оснащены тремя датчиками скорости колеса. Общий датчик для задних колес снимает сигнал скорости с коронной шестерни главной передачи.
Число каналов управления
Точно так же может варьироваться число каналов управления.
В секторе пассажирских автомобилей обычно используются три канала управления. Два канала управления используются для передних колес, и общий канал управления предусмотрен для задних колес.
Задние колеса подчиняются управлению по принципу "Выбери меньшее". Это означает, что колесо с более высокой склонностью к блокировке (с меньшим сцеплением с дорогой) используется в качестве эталона для общего управления тормозным давлением в заднем мосте.
Автомобили, используемые в коммерческих целях, часто имеют четыре канала управления вследствие наличия неблагоприятной разницы в условиях торможения между ненагруженным автомобилем и максимальным загруженным автомобилем. Более высокая грузоподъемность по сравнению с пассажирскими автомобилями приводит к более высокому динамическому распределению нагрузки на ось, вследствие чего риск блокировки задних колес может значительно возрастать. В этом случае управление по принципу "Выбери меньшее" вызвало бы значительное увеличение тормозного пути.
Комментарии
Пока нет комментариев