ABS

Предмети:

История
Doel
операция
Сензори за скорост
Хидроагрегат
Хидравлична верига
Цикъл на управление на ABS
Принципи на управление за предотвратяване на µ-разделяне
Измервания на автомобил с и без ABS

История:
ABS (съкращение от Anti-lock Braking System) Още през 1961 г. производителят на гуми Dunlop успешно експериментира с ABS на състезателния автомобил Ferguson P99 от Формула 1. Това са около четиринадесет години преди нещо подобно да бъде въведено при „нормалните“ автомобили. В днешно време всички нови автомобили са оборудвани с ABS.

Цел:
Целта на ABS е да използва максимално сцеплението между гумата и пътната настилка по време на шофиране. ABS също така гарантира запазване на стабилността при шофиране. Това включва:

Стабилност на кормилното управление: когато ABS е активиран, автомобилът остава управляем. При плъзгащо се колело автомобилът се плъзга в една посока и движенията на волана не могат да се прехвърлят върху пътната настилка.
Стабилност на курса: ако някое колело блокира, превозното средство може да поеме в различен курс. Например, блокиращо задно колело може да накара превозното средство да се завърти около оста си, карайки превозното средство да се окаже назад на пътя.

Операция:
Спирачната система е отговорна за спирането на колелата. В никакъв случай колелото не трябва да блокира, защото тогава ще загуби сцепление с пътната настилка. След това колелото се плъзга по асфалта, което означава, че движенията на волана вече не могат да се предават. В този случай автомобилът е неуправляем. ABS системата предпазва колелото от блокиране.
Когато колелото заплашва да блокира, системата ABS гарантира, че спирачното налягане (налягането на спирачната течност върху спирачните цилиндри на колелото) върху въпросното колело е намалено. В този момент няма значение колко силно натискате педала на спирачката с крак. ABS системата регулира спирачното налягане, така че колелото да не се плъзга. В определен момент системата ABS постепенно ще увеличи налягането отново, защото колелото, разбира се, трябва да се спира максимално. Това продължава, докато отново се достигне границата на приплъзване; след това налягането отново се намалява. Този процес отнема няколко милисекунди. Тогава може да се усети вибрация в педала на спирачката. Често се чува ABS помпата.

Изображението по-долу показва общ преглед на компонентите на системата ABS.

Изображението по-горе показва две червени тръби. Те се движат от главния спирачен цилиндър към хидравличния модул. Хидроагрегат е другата дума за ABS помпата. Двете червени линии са свързани с отделната спирачна система; ляво отпред с дясно отзад и дясно отпред с ляво отзад. Например, ако има теч от лявото предно колело, което води до изтичане на цялата спирачна течност, все още можете да спирате с другата спирачна верига. Оранжевите тръби преминават от хидравличния агрегат към всички колела. В хидравличния блок спирачната сила може да се регулира на колело.

На всяко колело е монтиран сензор за скорост. Това позволява непрекъснато да се следи скоростта на четирите колела. Сините линии са сигнални проводници, свързани към сензора за скорост. Сигнален проводник минава от всяко колело към контролния блок. Сигналите от педала на спирачката и от хидравличния блок също отиват към блока за управление. В показаната кола това се намира под седалката, в интериора на колата. В днешно време все по-често виждате, че контролният блок е прикрепен към хидравличния блок. Тогава е едно цяло. Ако има повреда в системата, например поради дефектен или замърсен сензор, дефектен кабел или дефект в хидравличния модул, на арматурното табло ще светне индикатор за грешка. След това повредата може да бъде разчетена с диагностично оборудване.

Сензори за скорост:
Изображението по-долу показва индуктивния сензор за скорост в монтирано състояние. Това е снимка на McPherson на предното окачване. Тук може да се види и зъбният венец, където сензорът измерва скоростта.

ABS сензорът може да бъде проектиран като индуктивен сензор (вижте изображението по-горе), или като магнитно-резистивен сензор (MRE сензор), или сензор на Хол (вижте изображението вдясно). Работата на този сензор е показана на страницата Сензор на Хол описано. Последният сензор се използва за ABS магнитния пръстен, който е в колесен лагер се обработва.

Сигналите от индуктивните сензори и сензорите на Хол могат да се използват с осцилоскоп се измерват. Примери за тези измервания са показани и описани по-долу.

Индуктивен сензор за скорост:
Индуктивният сензор за скорост се състои от постоянен магнит с намотка около него. Силата на магнитното поле се променя, когато зъб на зъбния пръстен (прикрепен към задвижващия вал) се движи през магнитното поле на постоянния магнит. Промяната в магнитното поле предизвиква генериране на напрежение в бобината. Всеки период в сигнала за скорост съответства на преминаването на зъб покрай сензора. Броят на зъбите на пръстена и скоростта на въртене на задвижващия вал определят честотата и амплитудата на сигнала.

Сензор на Хол:
Също така с магнитно-резистивен сензор (MRE сензор) или сензор на Хол, метален пръстен с магнити се движи по дължината на сензора. Магнитният пръстен се намира на задвижващия вал или в него колесен лагер. Честотата на блоковото напрежение зависи от скоростта на въртене и броя на зъбите на металния пръстен. Амплитудата (височината на сигнала) остава същата.

MRE сензорите изискват захранване, за да работят. И все пак тези сензори често имат само два проводника (и следователно две връзки). Сензорът изпраща сигнала към блока за управление на ABS чрез отрицателния кабел. Сигналът се формира, защото електрическото съпротивление на полупроводниковите пластини се променя, когато са изложени на променящо се магнитно поле.

Сигналите от сензорите за скорост се предават към блока за управление на ABS. Сигналите от четири колела се сравняват един с друг. Когато превозното средство преминава през завой, скоростта на колелата във вътрешния завой ще бъде по-ниска от тази на колелата във външния завой. Това е измерено, но разбира се е в границите.
Ако скоростите се различават твърде много по време на спиране, блокът за управление на ABS ще гарантира, че хидравличният модул ще намали спирачното налягане на съответното колело (прекалено силно спиране). Ако има твърде голяма разлика в скоростта по време на ускорението, мощността на двигателя ще бъде рязко намалена от системата за управление на двигателя.

В случай на неизправност в ABS системата, сигналите могат да бъдат измерени с осцилоскоп. Те могат да бъдат измерени на волана, но също и на контролното устройство. Чрез измерване на волана можете да проверите дали ABS сензорите работят правилно. Когато се правят измервания в контролния блок, може да се изключи дали дефектно окабеляване е причината за неизправността.
По време на измерването може да се провери дали честотата и амплитудата на индуктивния сензор са правилни. Със сензора на Хол можете да проверите дали честотата на сигнала е правилна, докато колелото се върти. За да направите това, завъртете колелото на пълни обороти, така че всички дефекти в зъбите да могат бързо да бъдат идентифицирани. При повредени зъби ще се вижда отклонение в чистотата на сензорните сигнали (помислете за честота, която е по-широка от предвидената при всяко завъртане).

Хидроагрегат:
Изображението долу вляво показва хидрогенератор с вградено устройство за управление. Това може да се види, наред с други неща, от големия брой щифтове в щепселната връзка.
Тук се виждат и връзките на тръбите от главния спирачен цилиндър и към колелата. Отделните спирачни кръгове (ляв преден с десен заден и десен преден с ляв заден) са включени в този помпен агрегат.

Когато разглобим хидравличния блок, се вижда клапанният блок. Изображението долу вдясно показва вътрешността на хидрогенератора.

Хидравлична верига:
Хидравличната диаграма по-долу показва компонентите в и около хидравличния модул. За да разберете работата, частите и символите, страницата основни принципи на хидравликата се консултират.
Диаграмата по-долу е начертана за едно колело. Числата 5, 6 и 9 са вътрешни. Друго колело използва същите компоненти, с изключение на 2/2 клапаните (6), само с различни връзки. С други думи, ако се начертае диаграмата на цялата кола, до нея ще има шест 2/2 клапана, всеки със собствени тръби. За да бъдат нещата ясни, сега е показана само диаграмата за една спирачна верига.

Ситуация 1: Без и стабилно спиране:
Диаграмата вдясно показва ситуацията без и стабилно спиране. Спирачният педал (2) се натиска, което води до упражняване на налягане на течността от главния спирачен цилиндър (4) върху левия 2/2 клапан (6). Този 2/2 клапан има отворена връзка към спирачния апарат (7). Тъй като налягането на течността към спирачния апарат се увеличава, спирачните накладки ще бъдат притиснати към спирачния диск. След това ще се задействат спирачките. Сензорът за скорост (8) регистрира броя обороти на колелото.

Ситуация 2: ABS активен, поддържайте спирачното налягане:
Тази диаграма показва ситуацията, когато има силно спиране и забавянето на колелото е твърде голямо. ABS сензорът на спирачката е предал сигнал за скорост към клема 5 на блока за управление, която е по-ниска от тази на другите колела. Блокът за управление реагира на това и затваря системата към спирачния апарат.
Това се прави по следния начин: определен ток се прилага към пин 3 на управляващото устройство, което захранва електромагнитния клапан на левия 2/2 клапан. Вентилът се избутва наляво срещу силата на пружината. Това блокира достъпа на нова спирачна течност до спирачния апарат. Десният 2/2 клапан остава в същата позиция, така че никаква спирачна течност не може да отиде към спирачката или да се върне. Това поддържа налягането постоянно. Контролният блок проверява отново дали разликата в скоростта между въпросното колело и другите колела се различава твърде много. Ако взаимната разлика в скоростта е минимална или вече няма разлика в скоростта, тъй като спирачното налягане е поддържано постоянно, контролният блок отново ще премахне тока от пин 3. Клапанът 2/2 пружинира обратно в първоначалното си положение, така че ситуация 1 се прилага отново. Ако разликата в скоростта не се промени или дори стане по-голяма, спирачното налягане на съответното колело трябва да се намали. Това се случва в ситуация 3.

Ситуация 3: ABS активен, намалете спирачното налягане:
За да намалите спирачното налягане, спирачната течност трябва да се изпомпва в тръбопровода между 2/2 клапана и спирачния апарат. Това се прави в диаграмата по-горе.
Сега щифт 4 също е захранван, така че десният 2/2 клапан е захранен. Сега той също е преместен в ляво положение, освобождавайки прохода между спирачния апарат и хидравличната помпа. По това време двигателят на помпата ще се завърти и ще изпомпва спирачната течност от спирачния апарат към главния цилиндър. Сега течността се изпомпва обратно към резервоара срещу силата на главния спирачен цилиндър. Налягането се намалява и колелото ще започне да се върти отново.

В обобщение:
Ситуация 1 се прилага при шофиране и леко спиране. По време на спиране, когато колелото заплашва да блокира, ситуация 2 и когато налягането трябва да се намали поради блокиращото колело, ситуация 3. По време на спиране ситуацията ще продължи да се променя. Ако се прилага ситуация 3, когато спирачната течност се изпомпва от спирачката, колелото трябва да се спре отново. В противен случай автомобилът няма да може да спира достатъчно силно. След това водачът се връща обратно към ситуация 1, след това отново към ситуация 2 и след това отново към ситуация 3. Това се случва, докато водачът спре да спира или докато той или тя не шофира по друга повърхност, която е например по-твърда (по-висок коефициент на триене) .

Контролен цикъл на ABS:
Графиката по-долу показва контролния цикъл на ABS. Добавени са различни фактори, като скоростта на превозното средство (A) със скоростта на колелото, ускорението на обиколката на колелото (B), активността на системата (C) и спирачното налягане (D).
Графиката също е разделена на 9 времеви периода. Във всеки период се вижда промяна, защото системата е коригирана. Периодът от време е общо приблизително 20 милисекунди и е разделен на 9 неравни части. Под графиката е обяснението на линиите.

A: Черната линия е скоростта на превозното средство, зелената линия е скоростта на колелото, а червената линия е референтната скорост. Скоростта на автомобила намалява (период 1), но скоростта на колелото намалява много по-бързо. Червената референтна линия е изрязана. Когато зелената линия свърши под червената линия (от период 2), може да възникне приплъзване на колелото. Следователно ABS ще се намеси.

B: Линията показва ускорението на обиколката на колелото. Пример: чрез завъртане на колелото и бавно забавяне линията при B остава близо до нулевата линия. Като сега въртите колелото със същата скорост и спирате по-силно, линията ще се простира още надолу. Това се случва и при набиране на скорост; като завъртите колелото много бързо от 0 до 10 км/ч, линията ще се издигне още повече, ако ви отнеме 5 секунди, за да завъртите колелото от 0 до 10 км/ч. Накратко, това е ускорението на обиколката на колелото.

C: Тази линия показва къде е стабилизирано налягането в системата; тогава ABS работи. Когато линията на C е ниска (на нулевата линия), ABS системата не работи. В период 7 ABS се управлява пулсиращо, така че скоростта на колелото да не намалява твърде бързо.

D: Тази линия показва спирачното налягане. Спирачното налягане се увеличава, докато зелената линия на скоростта на колелото (A) пресече червената референтна линия. ABS влиза в действие (C) и гарантира, че ускорението на обиколката на колелото не става твърде ниско. Ускорението на обиколката на колелото е на нулевата линия в период 4; точно в момента, когато скоростта на колелото в (A) преминава от отрицателна към положителна. По това време налягането се поддържа постоянно. В период 7 пулсиращият контрол е ясно видим. Сега спирачното налягане се увеличава внимателно, така че колелото да не спира прекалено бързо.

Принципи на контрол за предотвратяване на µ-разделяне:
ABS може да се настрои индивидуално за всяко колело с помощта на тази информация. Сензорите за скорост на колелата записват скоростта на всяко колело. Това е необходимо, тъй като във всички ситуации максималният постижим коефициент на триене трябва да се претегли спрямо управляемостта на превозното средство. Когато превозното средство се движи с левите колела върху сух асфалт и с десните колела върху меката рамена и спирачките са задействани с пълна спирачна сила, превозното средство ще излезе извън контрол и ще се завърти на оста си. Разликата в спирачната сила между колелата на асфалт и на лед причинява момент на отклонение, който причинява отклонение от курса. Тази ситуация се нарича ситуация на µ-разделяне. µ се произнася като „mu“. За да се предотврати този сценарий, се прилагат редица принципи на контрол:

Индивидуално управление (IR): спирачното налягане се настройва на максималния коефициент на триене на всяко колело. Това може да причини големи моменти на отклонение, но се постигат максимални спирачни сили.
Контролът за избор на ниско ниво (SL): колелото с най-нисък коефициент на триене определя спирачното налягане за другото колело. Максималната постижима спирачна сила не се използва, но моментът на отклонение е нисък.
Избор на висок контрол (SH): колелото с най-висок коефициент на триене определя спирачното налягане за другото колело. Схемата select-high се използва само за ASR схеми.
Select-smart или модифициращо управление: по време на спиране управлението се променя от select-low към индивидуално управление. Това позволява да се постигне компромис между моментите на отклонение и максималните спирачни сили. Тази схема често се прилага за търговски превозни средства.

Обикновено спирачната система на лек автомобил е разделена диагонално (напречно вляво). Пример за това е показан на изображението по-долу. Това показва червената спирачна система за лявата предна и дясна задна част и синята спирачна система за дясната предна и лявата задна част.

Спирачките на предните колела се управляват с индивидуално управление (IR). Спирачното налягане на едното предно колело е настроено на максималния коефициент на триене на другото предно колело. По време на аварийно спиране предните колела индивидуално ще търсят максималната достижима спирачна сила.
Спирачките на задните колела се управляват на принципа на избиране на ниско (SL). Регулираното спирачно налягане на задното колело с най-малък коефициент на триене определя спирачното налягане на другото задно колело. Спирачният момент на двете задни колела ще остане същият.

Измервания на автомобил с и без ABS:
За да получите добра представа за влиянието на ABS системата върху превозно средство, този раздел показва две графики на измервания, които демонстрират разликата между спирачно превозно средство без и с ABS.

Скорост на автомобила спрямо скоростта на колелата без ABS:
Графиката вдясно показва скоростта на превозното средство в сравнение със скоростта на колелото.
От t = 0 секунда скоростта на превозното средство е 15 метра в секунда. В този момент педалът на спирачката е натиснат максимално. Скоростта на превозното средство намалява линейно до 0 m/s между тях
t = 2,75 и 3,00 секунди. Скоростта на колелото пада напълно до 0,5 m/s между t = 1,0 и 0 секунди. Това означава, че колелото вече има скорост от 0 m/s, така че е неподвижно, докато превозното средство все още се движи. В този момент едно колело е блокирано. Колелото се плъзга по пътната настилка, докато автомобилът все още не е спрял. В тази ситуация ABS не работи.

Скорост на автомобила спрямо скоростта на колелата с ABS:
В графиката вдясно синята линия е същата; при скорост на превозното средство от 15 m/s максималното спиране се прилага до 0 m/s. Това отново се случва за период от 3 секунди. Сега, когато ABS работи, червената линия при t = 0,3 секунди не пада до 0 m/s, но скоростта на колелото отново се увеличава. Това може да се види от червената линия, която първо върви надолу и се издига отново точно преди t = 0,5 секунди. Спирачното налягане се намалява от ABS при скорост 7,5 m/s. Скоростта на другите колела е равна на скоростта на автомобила и следователно на синята линия. ABS датчика на предното ляво колело регистрира забавянето. Компютърът на ABS разпознава разликата в скоростта, което го кара да се намеси. Спирачното налягане се намалява с хидравличния модул, докато сините и червените линии отново се изравнят. В този момент спирачното налягане отново се поддържа постоянно. Докато автомобилът спре, ABS продължава да контролира скоростта на плъзгащото колело.

Налягането в главния спирачен цилиндър в сравнение с спирачния цилиндър на колелото без ABS:
Силата, упражнена върху спирачния педал, се преобразува в спирачно налягане в главния спирачен цилиндър чрез изместване на течността. Това спирачно налягане е показано на графиката по-долу със синята линия.
Независимо дали колелото се приплъзва или не, спирачното налягане в спирачния цилиндър на колелото (червената линия) остава същото като налягането в главния спирачен цилиндър. Така че това е ситуацията без ABS.

Налягането в главния спирачен цилиндър в сравнение с спирачния цилиндър на колелото с ABS:
В ситуацията, в която ABS влиза в действие, наляганията в главния спирачен цилиндър и в спирачния цилиндър на колелото вече не са еднакви. Налягането в главния спирачен цилиндър остава високо, защото водачът държи педала на спирачката натиснат. На графиката червената линия намалява при t = 0,3 секунди; тук ABS намалява спирачното налягане. Намаляването на спирачното налягане кара колелото да се върти отново. От t = 0,4 секунди, спирачното налягане отново се увеличава постепенно, докато скоростта на колелото стане същата като на другите колела. Такъв е случаят при t = 2,35 секунди.