Системы абс в тормозном приводе

Устройство и принцип работы системы ABS

Антиблокировочная тормозная система (ABS) – это электрогидравлическая система активной безопасности, позволяющая сохранить управляемость и устойчивость автомобиля при торможении за счет предотвращения блокировки колес. АБС особенно эффективна на дорожных покрытиях с невысоким коэффициентом сцепления, а также при плохой погоде (снег, гололед, дождь). Расшифровка аббревиатуры ABS – Antilock Brake System, что дословно переводится как «антиблокировочная система тормозов». Рассмотрим принцип работы системы, ее основные составляющие, поколения, а также плюсы и минусы использования.

Устройство и основные компоненты системы

В состав антиблокировочной тормозной системы входят:

• Датчики частоты вращения колес. Датчики работают на основе эффекта Холла и установлены на ступице каждого колеса. Они определяют скорость вращения колес и передают сигнал в блок управления АБС.
• Блок управления. Основная функция электронного блока управления (ЭБУ) – обеспечить работу тормозной системы в наиболее эффективном и стабильном диапазоне, при котором тормозная сила будет максимальна, а колеса автомобиля не будут заблокированы. Для этого блок управления проводит непрерывные вычисления изменения скорости вращения колес (замедления). На основании данных показателей формируются управляющие сигналы для исполнительных устройств: насоса и электромагнитных клапанов гидравлического блока.
• Гидравлический блок. Этот компонент ABS является исполнительным устройством. Гидравлический блок включает в себя электромагнитные клапаны (впускные и выпускные), гидроаккумуляторы, кулачковый насос с электрическим двигателем, демпфирующие камеры.

Электромагнитные клапаны управляют процессом торможения, каждый в своем контуре. Для каждого рабочего тормозного цилиндра предполагается пара клапанов (один впускной и один выпускной). Гидроаккумуляторы предназначены для ускорения сброса давления в тормозном контуре. Они наполняются тормозной жидкостью во время открытия выпускных клапанов. Далее в работу включается кулачковый насос, который откачивает тормозную жидкость обратно в главный тормозной цилиндр. Именно по этой причине при работе системы АБС водителем ощущаются толчки в педаль тормоза. Демпфирующие камеры гасят колебания жидкости при работе системы. Так как в автомобиле два контура гидропривода тормозной системы, в гидравлический блок, как правило, интегрируют два аккумулятора давления и две демпфирующие камеры.

Принцип работы системы

Антиблокировочная система тормозов выполняет свою работу циклически, при этом каждый цикл состоит из трех фаз:

1. Увеличение давления (водителем). Торможение происходит в нормальном режиме, давление в системе повышается за счет нажатия водителем на педаль тормоза. Впускные клапана гидроблока открыты, выпускные закрыты. Если скорость вращения колеса слишком интенсивно замедляется и превышает определенное значение, то блок управления ABS переводит впускной клапан в положение «закрыто», выпускной также закрыт. Система переходит в следующую фазу.
2. Удержание давления. На данном этапе система АБС как бы “отрезает” главный тормозной цилиндр от процесса торможения, и в контуре “гидравлический блок – рабочий тормозной цилиндр колеса” поддерживается постоянное давление. Даже если водитель начнет нажимать на педаль тормоза дальше, давление увеличиваться не будет. В этом режиме торможение происходит при максимальной тормозной силе, то есть наиболее эффективно. Блок управления продолжает контролировать скорость вращения колес, и если она уменьшится ниже допустимого порога, то есть возникнет угроза блокировки колес, поступит команда на открытие выпускного клапана и сброс давления.
3. Сброс давления. В этой фазе открывается выпускной клапан, и давление резко понижается. Сначала жидкость попадает в гидроаккумулятор, далее откачивается насосом обратно в ГТЦ. Впускной клапан продолжает находиться в закрытом положении. После того, как скорость замедления колес вернется к допустимым значениям, выпускной клапан закрывается. Открывается впускной клапан, и цикл начинается с начала.

Существует довольно распространенное заблуждение, что ABS самостоятельно повышает давление в тормозной системе. На самом деле это не так, если речь идет о системе АБС в ее чистом виде (без ESP). Давление в ней повышается исключительно за счет действий водителя.

Данный цикл работы антиблокировочной тормозной системы автомобиля воспроизводится, пока не завершится торможение, и может повторяться около 6 раз в секунду. Отметим, что срабатывание ABS происходит при экстренном (резком) торможении. Отключить систему АБС нельзя без вмешательств в конструкцию автомобиля, так как приостановка ее работы может привести к трагическим последствиям (потому не предусмотрена автопроизводителями).

Отметим, что ABS интегрируется в штатную тормозную систему автомашины, не изменяя ее конструктивно. Если антиблокировочная тормозная система автомобиля неисправна, на панели приборов загорится соответствующий индикатор (контрольная лампа).

Поколения антиблокировочной системы

Чтобы создать систему ABS, потребовалось 14 лет усилий огромного числа инженеров. ABS выпускается с 1978 года, ее создатель – фирма Bosch.

Первое поколение системы (1970 год) получило название ABS-1. Данное электромеханическое изделие не отличалось надежностью и долговечностью из-за тысячи аналоговых компонентов, которые использовались в ЭБУ. Хотя главная функция ABS и выполнялась, но изделие для массового производства не подходило.

Второе поколение (1978 год). ABS-2 фирмы Bosch впервые начала устанавливаться как опция в автомобилях Mercedes-Benz S-класса, а спустя некоторое время и в лимузинах BMW 7-й серии. Количество компонентов уменьшилось до 140, а масса гидравлического блока составила 6,3 кг.

В последующих поколениях ABS инженеры Bosch сделали ставку на усовершенствование системы и уменьшение ее габаритов. Так, в 1980 году вышла ABS-2E, в которой масса гидравлического блока составила уже 4,9 кг, а количество компонентов уменьшилось до 40. В 1995 году появилась ABS 5.3 с массой гидравлического блока 2,6 кг и 25 компонентами. В 2003 году выходит ABS 8, в которой 16 компонентов, а масса гидравлического блока снизилась до 1,6 кг. С 2010 года Bosch выпускает 9 поколение системы ABS, которую отличают компактные габариты и гидравлический блок массой всего 1,1 кг.

Преимущества и недостатки системы

Рассмотрим основные плюсы системы АБС:

• сохраняет управляемость и устойчивость автомобиля при экстренном торможении, плохой погоде и т.д.;
• в большинстве случаев уменьшает длину тормозного пути;
• повышает эффективность процесса торможения;
• обеспечивает лучшую маневренность автомобиля на скользком дорожном покрытии.

Антиблокировочная система имеет и недостатки: ее использование увеличивает тормозной путь на мягких грунтах (песок). На таких покрытиях колеса наоборот необходимо блокировать. В последних поколениях ABS данный недочет практически устранен: система «научилась» определять тип поверхности, а после реализовывать отдельный алгоритм под определенное покрытие.

Источник

Антиблокировочная система тормозов

Современные автомобили оборудуются значительным количеством систем активной безопасности, в задачу которых входит предотвращение потери контроля водителем над машиной при разных дорожных ситуациях. К ним относится и антиблокировочная система тормозов (ABS).

Отметим, что АБС – первая среди систем, относящихся к активной безопасности, которая массово стала использоваться на автомобилях. При этом она еще выступает и базой для иных систем.

Первые рабочие образцы на автомобилях стали использоваться более 40 лет назад. По мере развития технологий она улучшалась и дорабатывалась. К примеру, первые системы включали в себя больше сотни составных компонентов, а последние версии системы ABS состоят всего из 18 элементов.

Особенности работы системы

АБС устанавливается на тормозную систему и вносит свои коррективы в ее работу. По самому названию можно понять, что в ее задачу входит предотвращение блокировки колес во время торможения.

Особенность колес авто заключается в том, что сила трения качения у них выше, чем трения скольжения. То есть, колесо, которое катится, лучше сцепляется с поверхностью дороги, чем скользящее по полотну, что происходит в случае его полной блокировки. В ее результате тормозной путь машины увеличивается.

Также скольжение колеса далеко не всегда происходит в прямолинейном направлении, поскольку боковые силы могут преобладать над продольными, из-за чего траектория перемещения такого колеса меняется. Итогом этого является непредсказуемое и неконтролируемое движение машины.

Но если создать на тормозном механизме усилие, которое максимально будет замедлять скорость вращения, но не блокируя его (удерживает на грани), то тормозной путь сократиться и авто не потеряет управляемость.

В машинах без этой системы опытные водители для получения максимального эффекта при торможении пользуются методом многократного нажима на педаль (прерывистого торможения). Чтобы колеса не получились заблокированными, водитель при торможении нажимает на педаль, затем отпускает и так повторяет многократно.

Суть этого метода очень проста – поймать момент на тормозных механизмах, когда они максимально замедляют колеса без срыва их в блокировку, но это не всегда возможно, особенно на если колеса движутся по разной поверхности.

Прерывистое торможение (нажал-отпустил) не дает полностью заблокировать колеса, поскольку водитель просто периодически послабляет усилие на механизме тормозов. Этот же принцип использует и АБС.

Конструкция и назначение составляющих частей

Устройство антиблокировочной системы состоит из трех основных составных элементов:

1. Колесные датчики скорости
2. Блок (модуль) управления
3. Исполнительное устройство

Как отмечено, эта система нередко задействуется в качестве базы для других. При этом составные части ряда иных систем являются лишь дополнением к АБС.

Датчики

Датчики скорости – очень важные составляющие, поскольку на их показаниях основывается работа системы ABS. По импульсам, которые они подают, модуль управления высчитывает скорость вращения каждого из колес, и на основе расчетов производится управление исполнительным механизмом.

Расположение датчика скорости на ступице колеса

В конструкции АБС используется два типа датчиков. Первые получили название пассивных датчиков. Эти элементы – индуктивного типа.

Конструкция их включает сам датчик, состоящий из обмотки, сердечника и магнита, а также зубчатого венца, используемого в качестве задающего элемента. Зубчатый венец устанавливается на ступицу, поэтому он вращается вместе с колесом.

Суть функционирования пассивного элемента очень проста – обмотка генерирует магнитное поле, через которое проходит зубчатый венец. Имеющиеся зубья при проходе через поле оказывают на него влияние, что обеспечивает возбуждение напряжения в датчике. Чередование зубьев с впадинами обеспечивает создание импульсов напряжения, которые и позволяют высчитать скорость вращения колеса.

Негативным качеством пассивных датчиков является недостаточная точность измерения при движении на незначительных скоростях, что может стать причиной некорректной работы системы ABS.

Сейчас, из-за имеющегося недостатка, пассивные датчики в антиблокировочной системе не используются и их заменили так называемыми активными элементами.

Как и в первом варианте, активные датчики состоят из двух основных составляющих – самого датчика и задающего элемента. Но в активных элементах датчики построены либо на магниторезистивном эффекте, либо на эффекте Холла. Оба варианта для работы требуют подачи питания (пассивные элементы сами вырабатывали его).

Что касается задающего элемента, то здесь в конструкции используется кольцо с намагниченными секторами (мультиполюсное).

Устройство и принцип работы активного датчика скорости

Суть работы активных элементов различная. В магниторезистивном варианте постоянно меняющееся поле (от задающего кольца) приводит к изменениям показаний сопротивления в датчике. В элементе Холла это поле меняет само напряжение. В обоих случаях создается импульс, по которому можно рассчитать скорость вращения.

Элементы активного типа получили широкое распространение благодаря высокой точности замеров на любых скоростях.

Блок управления

Модуль управления системы ABS, как и иные ЭБУ, задействованный в системах авто, нужен для получения и обработки импульсов, передающихся от колесных датчиков. В него занесены табличные данные, на основе которых он управляет исполнительным механизмом. То есть, после поступления сигнала с каждого датчика, он сравнивает его с информацией, занесенной в таблице, и по полученным результатам определят, что должен сделать.

В авто с рядом систем, построенных на основе АБС, блок управления имеет дополнительные модули, отвечающие за работу своих систем.

Исполнительный механизм

Исполнительный механизм (его еще называют гидроблоком или модулем ABS) – самый сложный по конструкции и состоит из ряда элементов:

• электромагнитные клапаны (впускной, выпускной);
• аккумуляторы давления;
• помпа обратной подачи;
• амортизационная камера.

В классической схеме к рабочему механизму тормозов идет только одна магистраль, по которой подается жидкость от главного цилиндра. В АБС же в нее врезана магистраль обратной подачи, но она проходит только внутри модуля.

Впускной клапан – единственный элемент, установленный на магистрали основной подачи. В его задачу входит перекрытие подачи жидкости при определенных условиях, по умолчанию он открыт.

Врезка магистрали обратной подачи осуществляется за впускным клапаном. На входе в нее установлен выпускной клапан, который в обычном положении закрыт.

Далее за клапаном в обратной магистрали располагается аккумулятор давления, в задачу которого входит сбор жидкости при сбрасывании давления в системе.

Если объема аккумулятора не хватает, чтобы принять всю жидкость, в работу включается насос, который перекачивает излишки в основную магистраль.

Но процесс перекачки сопровождается пульсацией, и чтобы погасить колебания жидкости, она сначала попадает в амортизационные камеры и только после этого – в магистраль.

Поколения и виды

Современная система, устанавливаемая на авто, — четырехканальная. Она включает в себя по два клапана на каждое колесо, а также по одному аккумулятору давления и амортизационной камере на контур (а их – два).

В целом, эта система уже насчитывает 5 поколений. Первая из них появилась в 1978 году, вторая пришла ей на смену в 1980 году и устанавливалась она вплоть до 1995 года, после чего 2-е поколение вытеснило 3-е. Современное 4-е поколение системы появилось в 2003 году, а сейчас применяется 5-е поколение, которое продолжает использоваться до сих пор.

Что касается конструктивных особенностей, то четырехканальная система — самая последняя и технологически совершенная. Но ей предшествовали:

• одноканальная система (в ней использовалось всего два клапана, которыми регулировалось давление во всех магистралях одновременно. Примечательно, что в одноканальном типе система обычно вносила коррективы только в механизмах ведущей оси, то есть, АБС работала только с двумя колесами);
• двухканальная (в этом типе АБС тормозные механизмы разделили по бортам, для каждого из которых предусмотрены свой комплект клапанов. То есть, один канал объединял в себе механизмы переднего и заднего колес одной стороны);
• Трехканальная (в ней для колес задней оси предусматривался один комплект клапанов, а передние оснащались каждый своим каналом).

Сейчас эти три типа системы ABS встречаются только разве что на старых авто.

Режимы работы

Антиблокировочная система тормозов может работать в трех режимах:

• Нагнетание. В этом режиме тормоза работают по обычной схеме. После нажатия на педаль жидкость идет на механизмы, колесо замедляет вращение. При этом режиме впускной клапан открыт, а выпускной – перекрыт, то есть жидкость движется только по подающей магистрали;
• Удержание. Если блок по сигналам вычислит, что одно из колес снижает вращение быстрее других, то он перекроет впускной клапан. В итоге усилие механизма перестанет нарастать, поэтому замедление колеса останавливается на определенном уровне. На других же механизмах усилие будет продолжать нарастать;
• Сброс давления. Если даже после перехода в режим удержания колесо все равно продолжает замедляться, блок управления задействует выпускной клапан (впускной перекрывает) и часть жидкости уходит в аккумулятор давления, тем самым обеспечивает снижение давления в механизме (колесо отпускается и начинает наращивать скорость). Как указано выше, один аккумулятор предназначен для двух тормозных механизмов (входящих в контур). Бывают ситуации, когда давление сбрасывается сразу с двух этих механизмов, поэтому объема аккумулятора может попросту не хватить. И тогда в работу включается насос, перекачивая избыток в основную магистраль.

Во время торможения система меняет режим работы многократно, что и обеспечивает эффективное торможение. При этом водителю не нужно самому «играться» педалью, чтобы исключить блокировку колес, система все делает сама.

Достоинства и недостатки

К другим достоинствам этой системы также относятся:

• сохранение траектории движения во время торможения при входе в поворот;
• при торможении допускается маневрирование;
• удобство для начинающих водителей.

Но АБС не идеальна. При определенных условиях эта система может некорректно функционировать и допускать ошибки. А это сказывается на эффективности торможения и может несколько дезориентировать водителя.

Такими условиями являются:

• дорога с проблемным покрытием;
• песок;
• лед;
• покрытие с ухабами, «гребенка».

В общем, АБС отлично работает только на ровной дороге с хорошим сцеплением колес с полотном. В иных случаях система ABS может допустить ошибки.

К примеру, на проблемной трассе с часто чередующимся покрытием (асфальт меняется со щебенкой или иным насыпным материалом) система не сможет подобрать оптимальное усилие на механизмах, из-за чего тормозной путь увеличивается.

При слете с дороги АБС также не «помощник». Здесь блокировка – лучшее средство для максимально быстрой остановки авто.

К особенностям антиблокировочной системы можно отнести также некоторое опоздание включения в работу при движении на высоких скоростях (свыше 130 км/ч). Просто блоку управления при таких условиях нужно некоторое время, чтобы произвести расчеты и задействовать гидроблок.

На малых же скоростях (10-15 км/ч) система и вовсе отключается. Если это остановка на ровном покрытии, то отключение АБС никак не сказывается, а вот при торможении на спуске деактивация системы может оказать негативное влияние.

Отметим, что отключение АБС – условное понятие, поскольку система работает постоянно и выключить ее невозможно. Здесь деактивацию следует понимать, как переход в «ждущий режим». То есть она снова активизируется и начнет выполнять свою функцию при последующем нажатии на педаль тормоза. Единственное, когда она не включится – это торможение при движении на малых скоростях.

Доработки и улучшения

Инженеры довели конструкцию АБС до высокого уровня и улучшать уже практически нечего. Доработкам подвергаются разве что некоторые составные элементы. Так, колесные датчики сейчас не только измеряют скорость вращения, в них дополнительно интегрируют G-датчики и акселерометры.

Также к улучшениям можно отнести повышение функциональности электронного блока (то самое использование АБС в качестве основы для других систем). К примеру, блок управления ABS задействуется в противобуксовочной системе и распределения тормозных усилий.

Источник