Системы предотвращения блокировки колес автомобиля при торможении

Лекция 6

Системы управления активной и пассивной безопасностью автомобиля

Назначение системы управления тормозами

Движение автомобиля по мокрому или по обледенелому асфальту часто приводит к авариям. Причина тому - потеря управляемости автомобилем из-за юза и заноса при торможении или пробуксовки ведущих колес при резком газе.

С целью предотвращения подобных случаев на современных автомобилях устанавливаются системы управления тормозами, которые в нештатных ситуациях адаптируются под условия движения и отрабатывают свои функции автоматически. Таких систем четыре: система антиблокировки тормозов (ABS), система блокировки дифференциала ведущего моста (EDS), система перераспределения тормозных усилий между передним и задним мостами автомобиля (EBV) и система антипробуксовки ведущих колес (ASR или TCS).

Системы ABS и EBV обеспечивают плавное торможение без юза и заноса, а системы EDS и ASR способствуют устойчивому движению автомобиля вперед при страгивании с места и в начале разгона.

Системы предотвращения блокировки колес автомобиля при торможении

Компания Bosch зарегистрировала первые патент в этой области в 1936 г. У всех ранних вариантов автомобильных антиблокировочных систем были одни и те же недостатки: слишком сложная конструкция, приводившая к частым отказам, и недостаточно быстрое срабатывание.

В 1964 г. компания Teldix начала работу над первой системой с полностью электронным управлением, а два года спустя были получены первые успешные результаты. Испытания показали, что система заметно сокращает тормозной путь, а также повышает управляемость и устойчивость автомобиля на поворотах.

Принцип действия этой разработки, получившей название ABS 1, по-прежнему используется почти во всех современных антиблокировочных системах.

С другой стороны, ABS 1 состояла примерно из тысячи аналоговых компонентов и предохранителей, в связи с чем надежность и срок службы электронного блока управления системой были все еще недостаточными для серийного производства и нуждались в существенном увеличении. В 1975 г. права на ABS у Teldix приобрела компания Bosch. Опыт ее инженеров и развитие цифровых технологий, в частности интегральных схем, позволили сократить число электронных компонентов блока управления до 140.

В 1978 г., через 14 лет после создания первого прототипа системы, цель наконец была достигнута: антиблокировочная система Bosch ABS 2 поступила в серийное производство. Первоначально она выпускалась для Mercedes-Benz S-класса, а затем – для BMW с 7-й серии

Начиная с 1 октября 1991 г. на территории стран-членов Европейского союза законодательными нормами предписывается установка ABS на новых грузовых автомобилях, предназначенных для перевозок с прицепами, и тягачах седельных автопоездов полной массой более 16 т, а также на прицепах более 10 т и автобусах более 12 т. Предполагается распространить эти нормы на более легкие автомобили (полной массой более 3,5 т). В законе оговариваются три категории систем ABS, которые отличаются одна от другой в зависимости от спецификации, касающейся замедления и поведения колес и автомобиля при торможении.

Все системы ABS должны оснащаться контрольными лампами для водителя, которые загораются после включения зажигания и гаснут спустя 2 с. Если лампы загораются во время управления автомобилем, то это показывает, что обнаружена неисправность. Это может означать полное отключение ABS.

Даже частичное использование системы ABS (либо на тягаче, либо на прицепе) значительно улучшает торможение по сравнению с полным отсутствием ABS.

Немного статистики

Однако при проведении анализа ДТП выяснилось, что автомобили с ABS попадают в аварии чаще, чем автомобили с обычной тормозной системой: на сухом покрытии отмечено увеличение ДТП на 42%, а на влажном – на целых 65%. Согласитесь, в свете всего вышесказанного эти цифры обескураживают. Специалисты считают, что происходит это из-за того, что водители не учитывают, что ABS не создает сцепления с дорогой, так как это задача протектора. Ведь на сухих дорогах все происходит по-другому - тормозной путь оказывается больше, нежели у обычного автомобиля, но осознают это водители слишком поздно.

Эффективность торможения наибольшая, когда сцепление шины с поверхностью дороги максимальное. В процессе торможения шина скользит по поверхности, и окружная скорость колеса становится меньше скорости автомобиля.

Скольжение минимальное (0%), когда колесо катится свободно, и максимальное (100%), когда колесо заблокировано. Максимальная эффективность торможения достигается, когда скольжение составляет 15%. Эта величина также позволяет сохранить устойчивость и управляемость автомобиля.

Роль антиблокировочной системы заключается в ограничении давления, создаваемого в гидравлической системе тормозов, так, чтобы величина скольжения удерживалась около оптимальной величины (15%). Действие этой системы должно быть немедленным и раздельным для каждого колеса.

Система должна немедленно отвечать на каждое изменение поверхности (коэффициента сцепления) и нагрузки на автомобиль.

В настоящее время на легковых автомобилях применяется достаточно большое количество самых разнообразных вариантов исполнения систем антиблокировки тормозов. Общим для всех ABS является то, что они дополняют рабочие функции гидравлической тормозной системы автомобиля принципиально новым качеством - способностью интенсивного торможения без блокировки колес. Для достижения этой цели любая система ABS помимо основных компонентов тормозной системы включает в свой состав датчики частоты вращения колес, электронный блок управления гидротормозами автомобиля и центральный гидравлический исполнительный механизм, который раздельно управляет колесными тормозными цилиндрами, а сам управляется от электрических сигналов ЭБУ.

Разновидности систем ABS можно классифицировать по различным критериям, наиболее устоявшимся является количество независимо управляемых колес (каналов): наиболее часто встречаются трехканальные и четырехканальные системы, рисунок 1.

В самых дорогих, а значит, и самых эффективных системах каждое колесо имеет индивидуальное регулирование давления тормозной жидкости. Естественно, что количество датчиков угловой скорости, модуляторов давления и каналов управления в этом случае равно числу колес.

Дешевые обходятся ABS с двумя датчиками на задних колесах, одним общим модулятором и одним каналом управления. Наибольшее применение получила система с четырьмя датчиками, но с двумя модуляторами (по одному на ось) и двумя каналами управления. Наконец, выпускают трехканальную систему с четырьмя датчиками угловой скорости. Три модулятора этой системы обслуживают три канала, производя индивидуальное регулирование давления тормозной жидкости в магистралях передних колес по отдельности и обоих задних колес.

Антиблокировочная система препятствует блокированию колес при резком торможении. Благодаря этому уменьшается тормозной путь, особенно при низком сцеплении с дорожным покрытием при дожде и снеге. Сила сцепления между колесами и дорогой в этом случае больше, когда при торможении колеса продолжают вращение. Помимо этого даже при полном торможении машина остается управляемой. Датчиками оборотов, по одному на каждом колесе, измеряется скорость вращения колеса. По сигналам от датчиков оборотов колеса в электронном управляющем блоке вычисляется средняя скорость, примерно соответствующая скорости движения автомобиля. Сравнивая скорость вращения каждого отдельного колеса со средней вычисленной скоростью, электронный блок определяет состояние проскальзывания отдельного колеса и тем самым устанавливает, какое колесо находится в пред блокировочном состоянии. Когда один из четырех датчиков скорости вращения передаст сигнал о блокировании соответствующего колеса, тотчас же электронное управляющее устройство выдает сигнал закрытия к соответствующему впускному электромагнитному клапану, который немедленно перекрывает подачу тормозной жидкости через тормозной трубопровод к тормозу этого колеса - сила торможения остается постоянной. Если все же скольжение продолжается, то открывается выпускной клапан и давление в гидравлической системе данного тормоза уменьшается - колесо не тормозится (излишек тормозной жидкости возвращается в бачок). Как только колесо снова начнет вращаться, то сразу же происходит открытие впускного клапана и закрытие выпускного клапана. Давление в контуре возрастает, и колесо снова тормозится. Такой цикл торможения и свободного вращения колеса происходит очень быстро (несколько раз в секунду) и продолжается до остановки автомобиля либо до отпускания педали тормоза. Этот процесс повторяется при резком торможении отдельно для каждого колеса, до тех пор, пока не будет отпущена педаль тормоза или при уменьшении скорости автомобиля до 2-3 км/час. Водитель определяет работу ABS по пульсации педали тормоза. Система аварийного отключения обеспечивает отключение системы ABS при любой неисправности или при низком напряжении в электрической сети автомобиля (ниже 10В). Электронное управляющее устройство выполняет также диагностическую функцию, предупреждая водителя загоранием контрольной лампочки о регистрации неисправности электрических цепей или элементов антиблокировочной системы. Для предотвращения блокировки колеса период уменьшения давления длится только около 20 мс, а период нарастания давления, включающий в себя несколько фаз нарастания, чередующихся фазами постоянного давления обычно продолжается примерно 200 мс.

При определенных условиях и состоянии дорожного покрытия на легковых автомобилях с приводом на четыре колеса и блокировкой дифференциала часто сталкиваются с проблемами при использовании ABS; это вынуждает прибегнуть к специальным мерам определения скорости движения, более низким пороговым величинам замедления колес и уменьшению крутящего момента двигателя.

Управление работой тормоза с задержкой для предотвращения увода при торможении на неоднородном дорожном покрытии (например, левые колеса находятся на сухом асфальтобетоне, правые колеса на обледенелом покрытии) на передних колесах возникают разные тормозные силы. Эта разность создает момент вокруг вертикальной оси, под действием которого автомобиль стремится к развороту.

На легковых автомобилях малого класса система ABS должна дополняться устройством задержки образования момента разворота (GMA) в целях поддержания управляемости во время экстренного торможения на неоднородном дорожном покрытии. Устройство GMA задерживает рост давления в колесном цилиндре переднего колеса с более высоким коэффициентом сцепления с дорожным покрытием.

По мере технического совершенствования системы расширялся и ее функциональный диапазон.

В 1986 г. Bosch начал на базе ABS серийный выпуск системы ASP (TCS (система контроля силы тяги)), которая предотвращает пробуксовку колес и повышает управляемость автомобиля на скользких поверхностях.

Кроме того, при поворотах на слишком высокой скорости система снижает мощность двигателя, стабилизируя движение.

В 1995 г. компания вывела на рынок Программу электронной стабилизации ESP®, которая предотвращает занос и опрокидывание не только при торможении и ускорении, но и во всех прочих дорожных ситуациях.

При возникновении риска заноса система сокращает мощность двигателя и одновременно генерирует тормозное давление на отдельных колесах.

По данным исследований, ESP® позволяет избежать от 30 до 50% всех одиночных аварий с человеческими жертвами.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: