Как работает АБС (антиблокировочная система abs)

Электроника и безопасность автомобиля

Системы активной безопасности автомобиля

Антиблокировочные системы торможения ABS

С 2000 г. практически все выпускаемые автомобили среднего класса и выше имеют в стандартной комплектации или в качестве опций тормоза с антиблокировочной системой — АБС (Аntiblock Вгаkes System или ABS).
В настоящее время этой системой оснащаются практически все автомобили, сходящие с заводских конвейеров.
Система АБС была создана для предотвращения блокировки колес во время торможения, чтобы избежать их юза на дороге. В случае, если колеса автомобиля перемещаются юзом по дорожному покрытию, автомобиль теряет управляемость, и его движение становится мало предсказуемым.
ABS способна существенно сократить тормозной путь автомобиля, предотвращая при этом потерю управляемости.

При движении автомобиля по дороге с твердым (например, асфальтобетонным) покрытием, движение колес юзом приводит к истиранию поверхности шины, и между ней и дорогой образуется своеобразный смазочный слой из частиц резиновой пыли, что еще больше способствует потере управляемости (шины скользят, словно по смазке). По этим причинам, конструкторы автомобильной техники разработали систему, управляемую электроникой, и призванную зорко следить за характером движения каждого из колес автомобиля в процессе торможения.

Как работает система ABS?

Принцип работы этой системы заключается в том, что электронный блок управления постоянно следит за показаниями датчиков углового вращения колес (см. рисунок ниже), и если поступает информация, что одно из колес не вращается (сигнал от датчика линейный), а водитель при этом удерживает ногу на педали тормоза, из блока управления поступает команда на растормаживание колеса (или колес), перемещающегося юзом. Растормаживание осуществляется сборосом давления в рабочем тормозном цилиндре блокированного колеса. Колесо растормаживается на доли секунды, но этого достаточно, чтобы наладить связь с дорожным покрытием.
Процесс повторяется с достаточной частотой по мере необходимости, определяемой блоком управления, при этом водитель может чувствовать легкое подрагивание автомобиля. В результате процесс торможения протекает практически без скольжения (юза) колес.

При блокировке любого колеса, любой пары колес или всех колес автомобиль теряет управляемость, поэтому блокировка может привести к аварии. В системе ABS колесные датчики определяют, какое колесо может быть заблокировано и гидравлический модулятор уменьшает давление тормозных колодок на тормозной диск этого колеса.
В результате автомобиль продолжает движение, не теряя сцепления с дорогой, и остается управляемым. Вероятность возникновения аварийной ситуации уменьшается.

На рисунке 2 показана траектория движения автомобиля при торможении на прямом участке трассы с включенной и отключенной системой ABS. При выключенной системе антиблокировки колес автомобиль плохо поддается управлению, начинает «рыскать» по дороге и траектория его движения может привести к аварии. Включенная система ABS позволяет легко маневрировать, используя тормоза и рулевое управление, поэтому траектория движения автомобиля вполне предсказуема.

Сила трения между затормаживаемым колесом и дорожным покрытием зависит не только от сцепных свойств шины, состояния дорожного покрытия и массы автомобиля, но и от соотношения между скоростью движения автомобиля и угловой скоростью вращения колеса. В общем случае тормозной путь автомобиля минимален, если коэффициент скольжения s шины относительно дороги не более 30%.
Электронный блок управления (ЭБУ) определяет скольжение по формуле:

s = [( Vа — Vк ) /Vа ] ×100% ,

где Vа — скорость движения автомобиля, приведенная к скорости Vк — вращения колеса.

Скорость вращения каждого колеса в отдельности определяется колесными датчиками.
В некоторых системах ABS скольжение определяется с помощью линейных акселерометров.
Исполнительным механизмом системы ABS является многоканальный гидравлический модулятор, который по команде ЭБУ уменьшает или увеличивает давление тормозной жидкости в колесных тормозных цилиндрах при нажатии на педаль тормоза, не допуская блокировки колес вплоть до полной остановки автомобиля.

Концепция системы антиблокировки тормозов давно известна, но практическая реализация стала возможной после широкого развития компьютерной техники и технологий, появления малогабаритных и высоконадежных колесных датчиков, а также быстродействующих малогабаритных средств обработки информации — электронных микроконтроллеров.
Например, фирма «Bosch» (ФРГ) производит системы ABS серийно с 1978 года.

Однако статистика показала, что внедрение систем ABS не привело к ожидаемому сокращению дорожно-транспортных происшествий.
По этому поводу разработчики систем ABS полагают, что большинство водителей не умеют правильно пользоваться новой системой торможения: вместо резкого, сильного и одноразового нажатия на педаль тормоза в критических ситуациях водитель, не доверяя системе ABS, тормозит традиционно: многократно и часто нажимает на педаль.

По этой причине разрабатываются более совершенные системы ABS следящие не только за поведением колес на дороге, но и чутко реагирующие на действия водителя в критических ситуациях.
В основу этих разработок положено повышение давления в гидроприводе тормозной системы в аварийной ситуации при резком увеличении скорости движения тормозной педали, т. е. учитываются действия водителя для исключения ошибок в управлении автомобилем.

Для уменьшения времени срабатывания тормозной системы ABS несколько ведущих фирм-производителей автомобилей работают над созданием тормозов с электроприводом, поскольку замена гидравлического привода тормозов на электрический привод позволит существенно повысить быстродействие процессов торможения и их надежность.

Конструкции систем АБС

Существует множество вариантов конструктивного исполнения антиблокировочных устройств. Наибольшее распространение на современных легковых автомобилях получили четырехканальные АБС, например, ABS BOSCH 5.
В таких системах (рис. 3) каждое колесо имеет отдельный гидравлический тормозной контур с автоматическим регулированием давления, для обеспечения торможения каждого колеса в отдельности.

Рис. 3. Схема 4-х канальной ABS:
ЭБУ – электронный блок управления; ЭГК – электроуправляемые гидравлические клапаны; ГН – гидравлический откачивающий насос; ГТЦ – главный тормозной цилиндр; ПТ – педаль тормоза; ДП – датчик нажатия педали тормоза; ДР – диагностический разъем; КЛ-А – контрольная лампа АБС; КЛ-Ж – контрольная лампа минимального уровня тормозной жидкости в бачке; КД-1 — 4 – колесный датчик угловой скорости; КТЦ-1 — 4 – колесный тормозной цилиндр

Для реализации 4-х контурной гидравлической тормозной системы с автоматическим управлением (ABS), в каждом контуре имеются электроуправляемые гидравлические клапаны (ЭГК), с помощью которых обеспечивается регулирование давления тормозной жидкости в колесном тормозном цилиндре (КТЦ), путем его стравливания с помощью откачивающего гидравлического насоса (ГН).
Такие ЭГК всех колес, ГН и ЭБУ конструктивно объединяют в центральный исполнительный механизм, называемый электрогидравлическим блоком (ГБ) (рис. 3).

Рис. 4. Зависимость скорости автомобиля , скорости и ускорения колеса, тока соленоида Iw и давления в колесном тормозном цилиндре PКТЦ от времени торможения t

Алгоритм автоматического управления ЭГК и ГН осуществляется путем сравнения скоростей вращения колес Vк с приведенной скоростью движения кузова автомобиля Va , что реализуется в ЭБУ, который получает сигналы о скорости вращения колес от колесных датчиков (КД), принцип работы которых пояснен на рисунке выше.
В случае необходимости снижения давления PКТЦ в колесном тормозном цилиндре (КТЦ) при отставании скорости конкретного колеса от скорости автомобиля (рис. 4), с ЭБУ на соленоиды соответствующих ЭГК подается ток управления Iw . ЭГК срабатывают и переключают гидравлический тормозной контур (рис. 5) в режим принудительного растормаживания колеса, в результате, скорость колеса повышается и ЭБУ отключает питание ЭГК, переводя систему в штатный режим.

Таким образом, постоянно обеспечивается автоматическая корректировка эффективности торможения каждого колеса в отдельности.
Такое управление гидравлическими тормозами не допускает блокировки колес в любых условия торможения автомобиля.

За все время движения автомобиля с датчиков угловых скоростей колес на блок управления ABS поступают электрические сигналы, характеризующие значения текущих скоростей вращения колес. В качестве датчиков скоростей колес используются индуктивные датчики ИД или датчики Холла.

При торможении автомобиля, из-за неодинаковых тормозных условий разных колес возникает разница в величинах их скоростей и скоростью движения автомобиля. Если эта разница не значительна, АБС находится в режиме сбора информации с датчиков, гидравлическая система тормозов работает классически (рис. 7 а). При этом впускные и выпускные клапаны в гидравлическом блоке обесточены – впускные клапаны нормально открыты, а выпускные – закрыты.

Рис. 5 . Схема 4-х канальной ABS:
1. 4 – колесные тормозные цилиндры; И – испаритель; Н – накопитель; Вп-1. 4 – впускные ЭГК АБС; Вып-1. 4 – выпускные ЭГК АБС; ОК – обратный клапан

Рис. 6 . Электрогидравлический блок ABS:
а) блок АБС в сборе; б) внутреннее устройства блока АБС;
1 — разъем подключения; 2 — ЭБУ; 3 — гидравлический блок; 4 -гидравлический насос; 5 — реле; 6 — уплотнительная прокладка; 7 — соленоид; 8 — контакты питания гидравлического насоса; 9 — корпус ЭГК; 10 — каналы с резьбой для крепления гидравлических контуров

Если с датчиков скоростей колес на ЭБУ ABS приходят сигналы рассогласованные значительно, например, при заданной минимальной угловой скорости (блокировке) одного из колес, то он подает питание (рис. 8) на реле гидравлического насоса РГН и реле электромагнитных клапанов РЭМК.
Включается гидравлический откачивающий насос ГН, на электромагнитные клапаны (ЭМК) подается положительный потенциал. И в зависимости от того, какое колесо (или колеса) необходимо растормозить, цепь питание соответствующих клапанов замыкается (с ЭБУ подается потенциал).

Тем самым, при расторможении определенного колеса закрывается его впускной клапан и открывается выпускной клапан. Гидравлический насос откачивает жидкость через выпускной клапан и давление в тормозном колесном цилиндре снижается (рис. 7, б), колесо приобретает скорость.

Если при дальнейшем торможении скорости колес становятся близки, то ЭБУ отключает РГН и РЭМК, тем самым останавливается ГН и открываются впускной, и закрывается выпускной клапаны. Если торможение продолжается (педаль тормоза нажата) и скорость колеса опять снижается ниже заданной минимальной, то процесс снижения давления в КТЦ повторится.

Рис. 7 . Схемы режимов работы гидравлики ABS (АБС) на примере контура одного колеса:
а) режим торможения без АБС; б) режим снижения давления;
Вп – впускной ЭГК; Вып – выпускной ЭГК; Н – накопитель; ГН – гидравлический откачивающий насос; ОК – обратный клапан

Рис. 8. Электрическая схема 4-х канальной ABS:
Пр – предохранитель; ВЗ – выключатель зажигания; ЛСТ – лампа сигнала торможения; РЭМК – реле электромагнитных клапанов; РГН – реле гидравлического насоса

Развитие электроники позволило совершенствовать АБС и дополнить ее специальными функциями, такими как: электронная блокировка дифференциала ведущего моста EDS (ЭБД), противобуксовочная система ASR (ПБС) и др.
На современных автомобилях антиблокировочная система торможения ABS работает согласованно с антипробуксовочной системой ASR, о которой речь на следующей странице.

Для чего тормозам антиблокировочная система (ABS)

Первым серийным автомобилем, оснащённым ABS, стал Mercedes модельного года. Система долгое время предлагалась в качестве опции и только в 1992 году вошла в список стандартного оборудования. В начале АБС как опцию можно было установить на BMW серии.

Приходилось ли вам объезжать внезапно возникшее препятствие и одновременно тормозить? Наверняка да. Казалось бы, что в этом сложного — нажал на тормоз, повернул руль и скорректировал траекторию. Однако всё относительно просто до определённого момента. Если при экстренном торможении нажать на педаль тормоза сильнее, чем необходимо, колёса могут заблокироваться и…

Дальше возможны два варианта развития событий. Оба обусловлены наличием или отсутствием антиблокировочной системы тормозов АБС (ABS — Anti-lock Brake System). Если машина архаичная, ведёт свою родословную из середины семидесятых прошлого столетия или сошла с конвейера одного из отечественных автозаводов, то, как бы усердно вы ни крутили «баранку», транспортное средство траектории не изменит. Дело в том, что заблокированные колёса, скользя, лишают водителя возможности маневрировать — сорвавшись на юз, автомобиль будет тупо ехать по прямой, будто у него отрубили руль. Лишь опытный пилот сумеет хладнокровно разблокировать колёса, на мгновение отпустив педаль тормоза. А затем, используя импульсное торможение, вернуть контроль и погасить скорость. Второй вариант — для машины, оснащённой АБС. От водителя требуется лишь посильнее нажать на педаль тормоза и спокойно работать рулём. Чувствуете разницу?

Читайте также  Основные отличия Suzuki SX4

Блокировка опасна ещё и тем, что способна стать причиной заноса или увода автомобиля в сторону. Произойти это может, когда под колёсами разнородное покрытие, сильно изменена загрузка по осям в ходе предыдущего манёвра или стоят разные шины (последнее звучит дико, но в России, увы, не редкость). Кроме того, при заблокированных колёсах машина может изменить траекторию под действием любой боковой силы (уклон дороги или столкновение). Скорректировать траекторию в этом случае практически невозможно.

Ещё один негативный эффект блокировки — увеличение тормозного пути. Здесь всё дело в том, что сила трения покоя обычно больше силы трения скольжения. Следовательно, для максимально быстрой остановки автомобиля нужно генерировать такую величину давления в тормозных магистралях, чтобы колёса при торможении вращались на грани блокировки. Есть такой немаловажный показатель, как относительное проскальзывание. Он в зависимости от степени заторможенности колеса может меняться от нуля (колесо катится без проскальзываний) до 100% (колесо полностью заблокировано). Экспериментально установлено, что максимальная эффективность торможения достигается при -процентном проскальзывании — то есть в том случае, когда скорость вращения заторможенного колеса на % ниже скорости свободновращающегося колеса при постоянной скорости движения машины. Забегая вперёд, скажем, что электроника при торможении поддерживает именно эту величину, периодически блокируя и разблокируя колёса.

Прогрессивное человечество окончательно осознало вред заблокированных колёс лишь в прошлого века. Пионером в данной области стал Mercedes-Benz, совместно с компанией Bosch разработавший систему, которая в 1979 году стала устанавливаться на Мерседесы . Основной принцип работы АБС был сформирован именно тогда, и потом только совершенствовался.

Задача ABS — регулировать скорость вращения колёс путём изменения давления в магистралях тормозной системы. Чтобы контролировать угловую скорость, надо знать её величину и то, как она меняется со временем. Каждое колёсо снабжено датчиком, который выдаёт электрические импульсы с частотой, пропорциональной скорости вращения колеса. Эта информация поступает в блок управления АБС.

Если во время торможения угловая скорость колеса приблизилась к нулю, электронный мозг тут же примет решение его «растормозить». Гидравлический модулятор при помощи электроклапана стравит давление из магистрали и перенаправит «лишнюю» порцию тормозной жидкости в гидроаккумулятор. Давление будет снижаться до тех пор, пока колесо, снова «ухватившись» за покрытие, не раскрутится до определённой скорости. Далее ABS опять резко увеличит давление в магистрали и притормозит колесо. Цикл продолжится до тех пор, пока машина не остановится или водитель не ослабит давление на педаль до положения, когда ABS не нужна.

Многие скажут: «Невелика премудрость!» Прерывисто тормозить можно и самому. И правда: во многих случаях такой способ замедления на автомобилях, не оборудованных АБС, позволяет во время экстренного торможения объехать внезапно возникшее препятствие. Когда колёса блокируются — вы тормозите, как только «отпускаются» — получаете возможность корректировать направление движения. Естественно, при таком раскладе тормозной путь значительно увеличится, зато водитель получит возможность объехать препятствие и упреждающим действием руля погасить занос.

Но, к сожалению, ни один титулованный гонщик не способен обеспечить «порционное» торможение с частотой, с которой это делает ABS. Система (в зависимости от варианта исполнения) за секунду успевает заблокировать-разблокировать колёса около 15 раз. К тому же водитель одновременно воздействует на все тормозные механизмы (так работали первые системы ABS), в то время как современные антиблокировочные системы следят за скоростью вращения и регулируют тормозное усилие для каждого колеса отдельно.

В большинстве современных автомобилей ABS работает вместе с EBD (Electronic Brake Distribution) — системой распределения тормозных усилий, которая дозирует интенсивность торможения для каждого колеса. C EBD можно смело тормозить в повороте и на «миксте». Электроника по разности частот вращения поймёт, что колёса попали на участки с разнородным покрытием, и уменьшит тормозные силы на колёсах, которые имеют лучшее сцепление с дорогой. Кстати, интенсивность замедления в этом случае снизится и будет определяться силой трения колеса (колёс), имеющего наихудшее сцепление с дорогой.

Нелишне заметить, что для максимальной эффективности замедления педаль тормоза на автомобилях с ABS надо вдавливать в пол что есть силы. Впрочем, последнее делать не обязательно тем водителям, чьи машины оснащены системой Brake Assist, которая сама создаёт избыточное давление в тормозной магистрали, «дотормаживая» за слабого или нерешительного человека. При штатных замедлениях она не вмешивается. Однако резкое нажатие (удар) на педаль Brake Assist расценивает как сигнал к экстренному торможению и вступает в действие.

Но не всё так гладко. ABS, как и любая другая система, обладает недостатками. Например, простой «антиблок» может проиграть обычным тормозам на снегу, льду или песке, свести на нет преимущества шипованной резины. Ведь на льду шипы обеспечивают наибольшее замедление только при максимальном относительном проскальзывании, когда они словно когти впиваются в лёд и бороздят его. Каверза в том, что ABS, стремясь растормозить колёса, не даёт шипам работать и тем самым увеличивает тормозной путь. То же происходит на грунтовых дорогах (песок, щебень, глина) и покрытиях, занесённых снегом.

Автомобили с ABS в этом случае имеют более длинный тормозной путь, потому что постоянно разблокирующиеся колёса не создают «эффекта плуга». А ведь именно на таких покрытиях заблокированные колёса имеют максимальную эффективность торможения — того что нагребают перед собой «валики» из грунта или снега. Вот почему нужно помнить: на обледеневшей, заснеженной или грунтовой поверхности тормозной путь автомобиля, не оснащённого АБС, может быть короче.

Подложить небольшую свинью АБС может и на неровной дороге. Если при торможении одно колесо на мгновение зависнет в воздухе и заблокируется, обманутая электроника начнёт спасать вас от заноса и тут же снизит давление в остальных магистралях. В повороте автомобиль неприятно вильнёт «хвостом», а тормозной путь увеличится. От таких случайных отрывов, в принципе, не застрахован никто, но нужно помнить, что залогом адекватной работы АБС является исправная подвеска.

Прогресс рождает на свет всё более продвинутые системы. Оперирующие большим количеством показаний, они способны адаптироваться под тип дорожного покрытия и тормозить по одному из заранее заложенных эффективных алгоритмов. Конечно же, электронику нельзя воспринимать как панацею от всех бед, но статистика вещь упрямая: грамотно настроенная ABS при всех исправных системах автомобиля на сухом и мокром покрытии в среднем помогает экономить до 20% тормозного пути и оставляет водителю шанс маневрировать. Стоит ли говорить, что от этих драгоценных метров могут зависеть жизнь и здоровье?

Что такое ABS, и почему она стала обязательной для современного автомобиля

Аббревиатура ABS, или АБС в русском варианте, стала абсолютно привычной для уха каждого автомобилиста. Некоторые начинающие водители знают, что их автомобиль оснащен АБС, но порой не догадываются о том, что это и как работает, пока однажды педаль тормоза при нажатии не начнет «хрустеть», вибрировать и «отстреливать» в ногу. Что же такое ABS, и почему она стала негласным, а во многих странах и законодательно установленным стандартным элементом оснащения для современного автомобиля?

ABS, или АБС — это антиблокировочная система, предотвращающая блокировку колес при торможении. Если во время торможения одно или несколько колес автомобиля заблокируются и начнут скользить по поверхности, АБС ослабит давление в соответствующей тормозной магистрали, и колесо вновь начнет вращаться. Если педаль тормоза будет постоянно и сильно нажата, этот процесс блокировки-разблокировки колеса будет продолжаться непрерывно до конца торможения и может осуществляться несколько раз в секунду.

Даже многие из тех, кто знает, что такое ABS, порой ошибочно или не до конца верно представляют себе основное предназначение этой системы. Главной ошибкой в представлении функционала АБС является уверенность в том, что антиблокировочная система нужна для уменьшения тормозного пути автомобиля. Однако на самом же деле ее главное предназначение — сохранить возможность управлять транспортным средством во время торможения, даже экстренного.

На автомобиле без АБС при экстренном торможении у неопытного водителя управляющие колеса будут заблокированы — а это значит, что поворот руля в любую сторону не будет оказывать никакого влияния на траекторию движения автомобиля: он будет продолжать двигаться прямо до тех пор, пока не будет восстановлено сцепление передних управляющих колес с поверхностью. ABS же решает эту проблему: непрерывно контролируя вращение колес и разблокируя их при необходимости, она обеспечивает их вращение и таким образом сохраняет необходимое сцепление с дорожным покрытием, позволяя одновременно тормозить и выполнять маневр.

Еще одна фундаментально важная функция АБС, прямо проистекающая из вышеописанного — обеспечение безопасного, равномерного и прямолинейного торможения на поверхностях с неоднородным сцеплением. Например, если одна сторона автомобиля попала на мокрую поверхность, скользкую линию разметки или наледь, а другая движется по относительно чистому асфальту, экстренное торможение без АБС приведет к тому, что одна сторона будет тормозить эффективнее чем другая — и автомобиль немедленно развернет и закрутит в неуправляемом заносе. Особенно это опасно при движении в повороте, когда на автомобиль уже действует боковое усилие: перепад эффективности торможения колес в этом случае легко нарушает баланс.

Впрочем, утверждение о полезности ABS для уменьшения тормозного пути автомобиля тоже верно, но лишь отчасти. На поверхностях с равномерным и достаточным сцеплением колес с покрытием торможение «юзом» с заблокированными колесами будет менее эффективным, чем торможение без блокировки колес, и тормозной путь в первом случае, как правило, будет, больше. В этом случае использование АБС действительно уменьшает тормозной путь, не давая колесам скользить по поверхности. Однако на рыхлых поверхностях, таких как гравий, снег или песок, при торможении без ABS заблокировавшиеся колеса зарываются вглубь, создавая перед собой дополнительный барьер, сокращающий тормозной путь. Работа АБС в этом случае заставляет колеса вращаться, не позволяя им зарываться и удлиняя тем самым тормозной путь автомобиля.

«Ухудшает» антиблокировочная система и торможение на чистом льду на шипованных шинах: заблокированное шипованное колесо «вгрызается» в лед, оставляя за собой борозды, и работает на пределе своих возможностей — а если в дело вступает ABS, колесо вращается с короткими проскальзываниями, и эффективность такого торможения будет ниже. Именно этим фактом оперируют многие «опытные» и «знающие» водители, считающие ABS технологическим излишком, мешающим им «контролировать» автомобиль. Однако несмотря на увеличение тормозного пути, АБС и на льду сохраняет свое основное преимущество: дает возможность маневрировать и управлять автомобилем, а не просто ждать исхода, зажав педаль тормоза.

За годы своего существования ABS претерпела заметную эволюцию, однако основной принцип и функциональные элементы выработались уже давно. Типичная АБС включает в себя датчики скорости вращения колес, управляющие клапаны в гидравлической тормозной магистрали и электронный блок, который получает информацию от датчиков и управляет работой клапанов.

Если датчик, установленный на ступице колеса, сигнализирует о его резком замедлении или полной остановке, блок управления дает команду на кратковременное открытие клапана, чтобы уменьшить давление в тормозной магистрали и заставить колесо вращаться. Процесс опроса блоком управления датчиков на колесах и разблокировки колес может осуществляться несколько раз в секунду — именно поэтому при срабатывании АБС педаль «вибрирует». Кроме трех вышеперечисленных компонентов в состав АБС может входить насос, который призван быстро восстановить давление в тормозной магистрали после его снижения из-за открытия клапана.

Читайте также  Зачем автовладельцы моют двигатель?

АБС может иметь разное число датчиков и управляющих клапанов: в зависимости от их числа выделяют так называемые «четырехканальные», «трехканальные», «двухканальные» и «одноканальные» АБС. Число «каналов» определяется как раз числом управляющих клапанов, которые могут управлять давлением в тормозной магистрали: если их четыре, по одному индивидуальному для каждого из колес, то система четырехканальная, если три — по одному на каждое из передних колес и один общий на заднюю ось — то трехканальная, если клапанов два, по одному на ось — двухканальная, а если клапан один — то одноканальная. Современные АБС, разумеется, четырехканальные — остальные схемы встречаются на старых автомобилях.

Стоит отметить, что датчики вращения колес реагируют именно на резкое снижение скорости этого вращения, а также могут передавать блоку управления информацию о большой дифференциальной разнице между скоростями вращения колес на разных осях или сторонах автомобиля. Однако в работе АБС учитывается тот факт, что скорости вращения колес на одной оси могут быть неравномерными и в штатных условиях: к примеру, в повороте колеса на внешней стороне поворота будут вращаться быстрее, чем на внутренней.

С учетом рассказанного выше ответ на этот вопрос теперь очевиден: АБС значительно улучшает активную безопасность автомобиля. Современный водитель гораздо менее специфичен и профессионален, чем полвека назад: если когда-то давно к водителю предъявляли высокие требования, заставляя его уметь многое, то теперь автомобиль стал предметом быта, и управление им делают максимально доступным для каждого. Соответственно, современный автомобиль должен быть максимально удобен и безопасен в управлении даже для начинающего водителя с минимальной квалификацией.

Ну а АБС в частности решает проблему потери управления при экстренном торможении. Резкое появление препятствия на дороге заставляет человека инстинктивно ударить по тормозам. В случае, если он вошел в поворот на слишком высокой скорости, решение будет тем же. Зацепил обочину — тоже торможение… В общем, естественная реакция человека на возникновение опасной или просто нештатной ситуации — это резкое нажатие на педаль тормоза, и уже потом — возможно, попытка исправить эту ситуацию рулем. АБС в этом случае заметно снижает цену этой ошибки. Поэтому неудивительно, что, к примеру, в Евросоюзе оснащение автомобиля АБС стало обязательным по закону еще в 2004 году.

В случае, если ваш автомобиль не оснащен АБС, ее работу можно имитировать нехитрым приемом, который называется довольно очевидно — «прерывистое торможение». Собственно, именно владение им и характеризует водителей с некоторым опытом: такой водитель, почувствовав блокировку колес, перебарывает естественное инстинктивное желание продолжать давить на педаль сильнее, а снижает усилие на ней и начинает тормозить прерывисто, давя на педаль толчками. Такое торможение можно сравнить с работой примитивной одноканальной АБС — только даже опытный водитель не способен обеспечить такую частоту «толчков», как у электроники. Тем не менее, прерывистое торможение все равно обеспечивает необходимый эффект, обеспечивая вращение колес при замедлении.

Теория

  • Общие сведения о тормозном управлении
  • Системы управления тормозами
    • Основы динамики автомобиля
    • Классификация систем
    • Антиблокировочная система (ABS)
    • Система электронного распределения тормозных сил (EBV)
    • Электронная блокировка дифференциала (EDS)
    • Антипробуксовочная система (ASR)
    • Электронная система поддержания курсовой устойчивости (ESC)
    • Гидравлический тормозной ассистент (HBA)
    • Электромеханический стояночный тормоз (EPB)
    • Системы облегчения трогания с места
    • Функция удаления влаги с тормозных дисков (BSW)
    • Система предотвращения опрокидывания (ROP)
    • Адаптивный круиз-контроль (ACC)

Системы управления тормозами

Антиблокировочная система (ABS)

Если рассматривать ESC как систему более высокого уровня, «центральную систему», то антиблокировочная система ABS является первоисточником, из которого развились все остальные системы контроля сцепления с дорогой. Первые электронные системы ABS были представлены в 1969 году.

Принцип работы системы ABS заключается в ограничении давления в тормозной системе настолько, чтобы через пятно контакта всё ещё могли передаваться боковые направляющие усилия.

При экстренном торможении одно из колёс (или несколько колёс) будут начинать блокироваться раньше, чем остальные, поскольку трение между шиной и дорожным покрытием зависит от множества причин и постоянно изменяется. При блокировании одного из колёс говорят также о 100% проскальзывании. При этом заблокированное колесо скользит по дорожному покрытию, примерно как ластик при стирании скользит по поверхности бумаги. С исчезновением между шиной и дорогой трения сцепления (трения покоя) колёса теряют возможность передавать боковые усилия, удерживающие автомобиль на курсе его движения. Автомобиль теряет управляемость, и малейшее случайное боковое усилие приводит к его заносу (рис.5.2.27).

Рисунок 5.2.27 – Экстренное торможение автомобиля без ABS

Только появление первых практически применимых систем ABS дало возможность эффективно предотвращать такое развитие опасных ситуаций. ABS повышает курсовую устойчивость автомобиля тем, что не допускает блокировки колёс. Она уменьшает давление в тормозах соответствующих колёс до тех пор, пока между шиной и покрытием не восстановится трение покоя, при котором возможна передача максимального тормозящего усилия. При этом восстанавливается возможность колеса воспринимать боковые усилия, т.е. сохраняется управляемость автомобиля (рис.5.2.28).

Рисунок 5.2.28 – Экстренное торможение автомобиля с ABS

Поскольку свойства дорожного покрытия в пределах тормозного пути могут меняться, система должна быть в состоянии не только удерживать заданное давление, но и при необходимости довольно быстро уменьшать или увеличивать его (см. пример далее, рис.5.2.29).

Рисунок 5.2.29 – График изменения давления в тормозной системе в зависимости от коэффициента сцепления колес с дорогой

Водитель начинает торможение на мокром дорожном покрытии (отрезок 1). Заданное им тормозное давление (степень нажатия педали тормоза) привело бы в этих условиях к блокированию колёс. ABS ограничивает тормозное давление до необходимого значения и поддерживает его на этом уровне, пока свойства дорожного покрытия не изменятся (отрезок 2). Затем мокрый участок дороги сменяется сухим, в результате чего тормозное давление снова можно начать повышать (отрезок 3). После увеличения значение давления снова ограничивается на новом, более высоком уровне (отрезок 4). Когда колёса снова попадают на мокрый участок, давление должно быть снижено до уровня, при котором они не будут блокироваться (отрезок 5).

Цель такого алгоритма регулирования — обеспечить минимальный тормозной путь, который возможен только при безусловном сохранении управляемости автомобиля.

На примере автомобиля Audi Q5 будут коротко описаны все основные компоненты системы, которые требуются для реализации функций различных систем, рассматриваемых далее.

Компоненты, необходимые для реализации самой функции ABS, выделены синим цветом (рис.5.2.30).

Рисунок 5.2.30 – Расположение компонентов ABS на автомобиле

Реализация необходимого тормозного давления осуществляется с помощью трёх следующих основных функций:

• поддержания тормозного давления постоянным на текущем уровне;

• уменьшения текущего тормозного давления;

• увеличения текущего тормозного давления.

Для повышения безопасности автомобиля гидропривод тормозов выполняется двухконтурным. Неисправность одного из компонентов приводит к отказу только одного из контуров, автомобиль при этом может быть остановлен с помощью другого контура.

Тормозные механизмы можно разделить на контуры по осям (контур передних и контур задних колёс) или по диагонали (контур левого переднего/правого заднего колеса и контур правого переднего/левого заднего колеса). Как правило, применяется диагональная схема разделения контуров.

В гидравлическом блоке объединены все гидравлические компоненты, требующиеся для реализации функций увеличения давления, поддержания давления и уменьшения давления. Это, прежде всего, электромагнитные клапаны, а также насос обратной подачи с его электрическим приводом.

Помимо этого, в гидравлическом блоке имеются аккумуляторы давления, различные внутренние каналы и обратные клапаны. Для регистрации фактического тормозного давления внутри блока устанавливается также как минимум один (больше в зависимости от комплектации) датчик давления в тормозной системе.

Каждому тормозному цилиндру в пределах его контура соответствует один впускной и один выпускной клапан ABS. Тем самым тормозной механизм каждого колеса может управляться независимо от остальных.

Схема гидравлических контуров ABS представлена на рисунке 5.2.31.

Рисунок 5.2.31 – Схема гидравлических контуров ABS

В отличие от системы ESP, для включения системы ABS необходимо, чтобы водитель нажал на педаль тормоза. Система не приводится в действие самостоятельно.

При торможении (рис.5.2.32) блок управления ABS на основании частот вращения колес вычисляет скорость автомобиля. Затем он сравнивает частоты вращения отдельных колес со скоростью автомобиля и вычисляет значения тормозного проскальзывания.

Рисунок 5.2.32 – Работа ABS при нажатии педали тормоза водителем

При возникновении опасности блокирования одного или нескольких колёс ABS предотвращает дальнейшее увеличение давления в соответствующих тормозных цилиндрах.

Субъективно водитель воспринимает срабатывание ABS как лёгкое пульсирование педали тормоза. Эти пульсации возникают вследствие изменения давления в гидравлическом контуре при работе ABS. Автомобиль сохраняет управляемость, поскольку ABS предотвращает блокирование отдельных колёс. Отключить функцию ABS вручную нельзя.

Когда блок управления ABS распознаёт опасность блокирования одного из колёс, он отдаёт команду закрыть впускной клапан ABS этого колеса, оставляя при этом выпускной клапан ABS закрытым. Тем самым давление в соответствующем тормозном цилиндре удерживается на достигнутом уровне и не увеличивается при дальнейшем усилении нажатия на педаль тормоза (рис.5.2.33).

Рисунок 5.2.33 – Работа ABS в режиме удержания

Если колесо продолжает демонстрировать склонность к блокированию, блок управления открывает соответствующий выпускной клапан ABS, оставляя при этом впускной клапан закрытым (рис.5.2.34).

Рисунок 5.2.34 – Работа ABS в режиме сброса давления

Тормозная жидкость перетекает в аккумулятор давления, и давление в тормозном цилиндре падает. Тем самым вращение колеса может снова ускориться.

Если объём аккумулятора оказывается недостаточным для того, чтобы устранить склонность колеса к блокированию, блок управления ABS включает насос обратной подачи, который, преодолевая давление, созданное нажатием педали водителем, перекачивает тормозную жидкость в компенсационный бачок. При этом водитель ощущает пульсацию педали тормоза.

Как только угловая скорость колеса превышает определённое значение, блок управления закрывает выпускной клапан ABS и открывает впускной (рис.5.2.35). Насос обратной подачи при необходимости продолжает работать.

Рисунок 5.2.35 – Работа ABS в режиме увеличения давления

Как только вновь будет достигнуто давление, при котором возникнет опасность блокирования колеса, цикл «удержание давления» — «сброс давления» — «увеличение давления» повторяется снова, и так до тех пор, пока торможение не будет завершено, или пока сравнение угловых скоростей колёс не покажет, что опасности блокирования больше нет.

Эти функции включаются короткими импульсами, продолжительность которых измеряется в миллисекундах. На графике (рис.5.2.37) показан пример возможной последовательности таких импульсов.

Рисунок 5.2.37 – График работы системы ABS

Рассчитанное блоком управления ABS значение мгновенной скорости автомобиля предоставляется другим пользователям/системам автомобиля в виде выходного сигнала. Система ABS рассчитывает скорость автомобиля с высокой точностью, поэтому на основании этого сигнала отображается также скорость на спидометре в комбинации приборов.

В соответствующих случаях блок управления ABS передаёт в блок управления двигателя сигнал «плохой» дороги.

Блок управления использует сигналы датчиков детонации для регистрации пропусков воспламенения и вызванной этими пропусками неравномерной работы двигателя. На плохих дорогах неравномерности в работе двигателя могут быть вызваны также передачей импульсов (сил) с неровностей дорожного полотна на ведущие колеса. Блок управления ABS распознаёт участки дороги с плохим покрытием, анализируя сигналы датчиков частоты вращения колёс, и передаёт эту информацию в блок управления двигателя. Таким образом, блок управления двигателя «знает», что неравномерности работы вызваны внешними факторами, и не предпринимает попыток отрегулировать работу двигателя для их устранения.

© Филиал БНТУ «Бобруйский государственный автотранспортный колледж» Зарегистрирован в Государственном регистре информационных ресурсов Беларуси 16.06.2011 №7141101591

Читайте также  Получение кредитов в Казани

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

Элементы ABS автомобиля

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.

Датчик индуктивного типа

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.

Устройство блока АБС

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.

Схема системы АБС

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.