ABS

Teemad:

Ajalugu
Doel
Werking
Kiiruse andurid
Hüdroagregaat
Hüdraulika ahel
ABS-i juhtimistsükkel
Juhtimispõhimõtted µ-jaotuse vältimiseks
Sõiduki mõõdud ABS-iga ja ilma

Ajalugu:
ABS (lühend mitteblokeeruvast pidurisüsteemist) Juba 1961. aastal katsetas rehvitootja Dunlop edukalt ABS-i vormel-99 võidusõiduautol Ferguson P1. See on umbes neliteist aastat enne seda, kui midagi sarnast võeti kasutusele tavalistel autodel. Tänapäeval on kõik uued autod varustatud ABS-iga.

Eesmärk:
ABS-i eesmärk on kasutada sõidu ajal maksimaalset haardumist rehvi ja teepinna vahel. ABS tagab ka sõidustabiilsuse säilimise. See sisaldab:

Roolistabiilsus: kui ABS on aktiveeritud, jääb sõiduk juhitavaks. Libiseva rattaga libiseb sõiduk ühes suunas ja rooliliigutusi ei saa üle kanda teepinnale.
Raja stabiilsus: kui ratas lukustub, võib sõiduk võtta teistsuguse kursi. Näiteks võib blokeeriv tagumine ratas põhjustada sõiduki pöörlemise ümber oma telje, mille tulemusena jääb sõiduk teele tagurpidi.

Toimimine:
Rataste pidurdamise eest vastutab pidurisüsteem. Mitte mingil juhul ei tohi ratas lukustuda, sest siis kaob haardumine teepinnaga. Seejärel libiseb ratas üle asfaldi, mis tähendab, et rooliliigutusi ei saa enam edasi kanda. Sel juhul on sõiduk juhitamatu. ABS-süsteem hoiab ära ratta blokeerimise.
Kui ratas ähvardab lukustuda, tagab ABS-süsteem, et pidurirõhk (pidurivedeliku rõhk ratta pidurisilindritel) kõnealusel rattal väheneb. Sel hetkel pole vahet, kui tugevalt jalaga piduripedaali vajutada. ABS-süsteem reguleerib pidurirõhku nii, et ratas ei libise. Teatud hetkel hakkab ABS-süsteem tasapisi taas rõhku üles ehitama, sest ratast tuleb loomulikult võimalikult palju pidurdada. See jätkub, kuni libisemispiir on uuesti saavutatud; seejärel alandatakse rõhku uuesti. See protsess võtab paar millisekundit. Seejärel on piduripedaalis tunda vibratsiooni. ABS-pump on sageli kuuldav.

Alloleval pildil on ülevaade ABS-süsteemi komponentidest.

Ülaltoodud pildil on kaks punast toru. Need jooksevad peamisest pidurisilindrist hüdrosõlmeni. Hüdroagregaat on teine sõna ABS-pumba jaoks. Kaks punast joont on seotud eraldiseisva pidurisüsteemiga; vasak esiosa parema tagaosaga ja parem esiosa vasaku tagaosaga. Näiteks kui vasakpoolses esirattas on leke, mille tõttu lekib kogu pidurivedelik, saate siiski pidurdada teise piduriahelaga. Hüdraulikaseadmest kõikide ratasteni jooksevad oranžid torud. Hüdraulikaseadmes saab pidurdusjõudu reguleerida ratta kohta.

Igale rattale on paigaldatud kiirusandur. See võimaldab kõigi nelja ratta kiirust pidevalt jälgida. Sinised jooned on kiirusanduriga ühendatud signaalijuhtmed. Signaalijuhe jookseb igalt rattalt juhtseadmeni. Piduripedaali ja hüdroseadme signaalid lähevad ka juhtseadmesse. Näidatud autol asub see istme all, auto sisemuses. Tänapäeval näete üha enam, et juhtseade on hüdroseadme külge kinnitatud. See on siis üks tervik. Kui süsteemis on rike, näiteks vigase või määrdunud anduri, vigase kaabli või hüdrosõlme defekti tõttu, süttib armatuurlaual veatuli. Seejärel saab viga lugeda diagnostikaseadmetega.

Kiiruse andurid:
Alloleval pildil on induktiivkiiruse andur monteeritud olekus. See on foto esivedrustuse McPhersoni tugipostist. Siin on näha ka käigurõngas, kus andur kiirust mõõdab.

ABS-andurit saab kujundada induktiivse andurina (vt ülaltoodud pilti) või magnetresistiivse andurina (MRE andur) või Halli andurina (vt pilti paremal). Selle anduri töö on näidatud lehel Halli andur kirjeldatud. Viimast andurit kasutatakse ABS-i magnetrõnga jaoks, mis asub ratta laager töödeldakse.

Induktiiv- ja Hall-andurite signaale saab kasutada koos ostsilloskoop mõõdetakse. Nende mõõtmiste näited on näidatud ja kirjeldatud allpool.

Induktiivne kiirusandur:
Induktiivne kiirusandur koosneb püsimagnetist, mille ümber on mähis. Magnetvälja tugevus muutub, kui hammasrõnga (ajami võlli külge kinnitatud) hammas liigub läbi püsimagneti magnetvälja. Magnetvälja muutus põhjustab mähises pinge tekkimist. Iga kiirussignaali periood vastab hamba möödumisele andurist. Rõnga hammaste arv ja veovõlli pöörlemiskiirus määravad signaali sageduse ja amplituudi.

Halli andur:
Ka magnetresistiivse anduri (MRE andur) või Halli anduri puhul liigub magnetitega metallrõngas piki andurit. Magnetrõngas asub veovõll või selles ratta laager. Ploki pinge sagedus sõltub pöörlemiskiirusest ja metallrõnga hammaste arvust. Amplituud (signaali kõrgus) jääb samaks.

MRE andurid vajavad töötamiseks toiteallikat. Kuid neil anduritel on sageli ainult kaks juhet (ja seega kaks ühendust). Andur saadab signaali negatiivse kaabli kaudu ABS juhtseadmele. Signaal tekib seetõttu, et pooljuhtplaatide elektritakistus muutub, kui need puutuvad kokku muutuva magnetväljaga.

Kiiruseandurite signaalid edastatakse ABS-i juhtseadmesse. Nelja ratta signaale võrreldakse omavahel. Kui sõiduk sõidab läbi kurvi, on rataste kiirus sisekurvis väiksem kui väliskurvis olevate rataste kiirus. Seda mõõdetakse, kuid see jääb loomulikult piiridesse.
Kui kiirused erinevad pidurdamisel liiga palju, tagab ABS-juhtseade, et hüdroseade vähendab vastava ratta pidurdusrõhku (liiga tugev pidurdamine). Kui kiirendamisel on kiiruste erinevus liiga suur, vähendab mootori juhtimissüsteem mootori võimsust järsult.

ABS-süsteemi talitlushäirete korral saab signaale mõõta ostsilloskoobiga. Neid saab mõõta roolis, aga ka juhtseadmes. Rooli juurest mõõtes saate kontrollida, kas ABS-andurid töötavad korralikult. Juhtseadmes mõõtmiste tegemisel saab välistada, kas rikke põhjuseks on vigane juhtmestik.
Mõõtmise käigus saab kontrollida, kas induktiivanduri sagedus ja amplituud on õiged. Halli anduriga saate ratta pöörlemise ajal kontrollida, kas signaali sagedus on õige. Selleks keerake ratast täispöördeid, et hammastel esinevad defektid oleks kiiresti tuvastatavad. Kahjustatud hammaste korral on nähtav hälve anduri signaalide puhtuses (mõelge sagedusele, mis on iga pöörlemise korral ettenähtust laiem).

Hüdroagregaat:
Alloleval vasakpoolsel pildil on sisseehitatud juhtseadmega hüdrogeneraator. Seda on muuhulgas näha pistikuühenduse tihvtide suurest arvust.
Siin on näha ka peapidurisilindri ja rataste torude ühendused. Sellesse pumbaseadmesse on integreeritud eraldi piduriahelad (vasak eesmine parema tagaosaga ja parem esiosa vasakpoolse tagaosaga).

Hüdraulikaploki lahti võttes on näha klapiplokk. Paremal all olev pilt näitab hüdrogeneraatori sisemust.

Hüdraulikaahel:
Allolev hüdroskeem näitab hüdroseadmes ja selle ümber olevaid komponente. Toimimise, osade ja sümbolite mõistmiseks leht hüdraulika põhiprintsiibid konsulteeritakse.
Allolev diagramm on joonistatud ühe ratta kohta. Numbrid 5, 6 ja 9 on sisemised. Teine ratas kasutab samu komponente, välja arvatud 2/2 klapid (6), ainult erinevate ühendustega. Ehk kui koostada auto skeem, siis oleks selle kõrval kuus 2/2 klappi, igaühel oma torud. Asjade selguse huvides on nüüd näidatud ainult ühe piduriahela skeem.

Olukord 1: Ilma pidurdamiseta ja stabiilselt:
Parempoolne diagramm näitab olukorda ilma pidurdamiseta ja stabiilselt. Piduripedaali (2) vajutatakse, põhjustades vedeliku survet vasakpoolse 4/2 ventiili (2) peapidurisilindri (6) poolt. Sellel 2/2 ventiilil on avatud ühendus pidurisadulaga (7). Kuna vedeliku rõhk pidurisadulale suureneb, surutakse piduriklotsid vastu piduriketast. Seejärel rakenduvad pidurid. Kiiruseandur (8) registreerib ratta pöörete arvu.

Olukord 2: ABS aktiivne, hoidke pidurirõhku:
See diagramm näitab olukorda, kui toimub tugev pidurdamine ja ratta aeglustumine on liiga suur. Piduri ABS-andur on edastanud juhtseadme klemmile 5 kiirussignaali, mis on madalam kui teistel ratastel. Juhtseade reageerib sellele ja sulgeb süsteemi pidurisadulale.
Seda tehakse järgmiselt: juhtseadme 3. kontaktile rakendatakse teatud voolu, mis lülitab sisse vasakpoolse 2/2 klapi solenoidklapi. Klapp lükatakse vedrujõu vastu vasakule. See blokeerib uue pidurivedeliku juurdepääsu pidurisadulale. Parempoolne 2/2 klapp jääb samasse asendisse, nii et ükski pidurivedelik ei pääse pidurile ega tagasi. See hoiab rõhu konstantsena. Juhtseade kontrollib uuesti, kas kõnealuse ratta ja teiste rataste kiiruste erinevus ei erine liiga palju. Kui vastastikune kiiruste erinevus on minimaalne või kiiruste erinevust enam ei esine, kuna pidurirõhk on konstantsena hoitud, eemaldab juhtseade uuesti voolu tihvtilt 3. 2/2 ventiil vetrub tagasi oma algasendisse, nii et olukord 1 kehtib uuesti. Kui kiiruste erinevus ei muutu või isegi suureneb, tuleb kõnealuse ratta pidurdusrõhku vähendada. See juhtub olukorras 3.

Olukord 3: ABS aktiivne, vähendage pidurirõhku:
Pidurirõhu vähendamiseks tuleb pidurivedelik välja pumbata 2/2 klapi ja pidurisadula vahelisse torusse. Seda tehakse ülaltoodud diagrammil.
Nüüd on ka tihvt 4 toiteallikaga varustatud, nii et parempoolne 2/2 ventiil on pinge all. See on nüüd samuti nihutatud vasakpoolsesse asendisse, vabastades läbipääsu pidurisadula ja hüdropumba vahel. Sel ajal pöörleb pumba mootor ja pumpab pidurivedelikku pidurisadulast peasilindrisse. Vedelik pumbatakse nüüd vastu peamise pidurisilindri jõule tagasi reservuaari. Survet vähendatakse ja ratas hakkab uuesti pöörlema.

Kokkuvõttes:
Olukord 1 kehtib sõites ja kergelt pidurdades. Pidurdamisel, kus ratas ähvardab blokeeruda, olukord 2 ja kus blokeeriva ratta tõttu tuleb rõhku vähendada, olukord 3. Pidurdamise ajal olukord muutub pidevalt. Kui kehtib olukord 3, kus pidurivedelik pumbatakse pidurist eemale, tuleb ratast uuesti pidurdada. Vastasel juhul ei suudaks sõiduk piisavalt tugevalt pidurdada. Seejärel lülitub juht tagasi olukorrale 1, seejärel uuesti olukorrale 2 ja siis uuesti olukorrale 3. See juhtub seni, kuni juht lõpetab pidurdamise või kuni ta sõidab mõnel muul pinnal, mis on näiteks jäigem (kõrgem hõõrdetegur) .

ABS-i juhtimistsükkel:
Allolev graafik näitab ABS-i juhtimistsüklit. Lisatud on erinevaid tegureid, nagu sõiduki kiirus (A) koos ratta kiirusega, ratta ümbermõõdu kiirendus (B), süsteemi aktiivsus (C) ja pidurirõhk (D).
Graafik on samuti jagatud 9 perioodiks. Muutus on nähtav igal perioodil, kuna süsteem on kohandatud. Ajavahemik on kokku ligikaudu 20 millisekundit ja see on jagatud 9 ebavõrdseks tükiks. Graafiku all on joonte selgitus.

A: Must joon on sõiduki kiirus, roheline joon on ratta kiirus ja punane joon on võrdluskiirus. Sõiduki kiirus väheneb (1. periood), kuid ratta kiirus väheneb palju kiiremini. Punane võrdlusjoon on lõigatud. Kui roheline joon jõuab punasest joonest allapoole (alates perioodist 2), võib tekkida rataste libisemine. Seetõttu sekkub ABS.

B: Joon näitab ratta ümbermõõdu kiirendust. Näide: ratast keerates ja aeglaselt aeglustades jääb joon punktis B nulljoone lähedale. Nüüd samal kiirusel ratast keerates ja jõulisemalt pidurdades pikeneb rida veelgi allapoole. See juhtub ka selle kiirendamisel; keerates ratast väga kiiresti kiiruselt 0-10 km/h, tõuseb joon veelgi ülespoole, kui ratta pööramiseks 5-0 km/h kulub 10 sekundit. Lühidalt öeldes on see ratta ümbermõõdu kiirendus.

C: See joon näitab, kus rõhk süsteemis on stabiliseerunud; ABS on siis töökorras. Kui joon punktis C on madal (nulljoonel), siis ABS-süsteem ei tööta. Perioodil 7 juhitakse ABS-i pulseerivalt, et ratta kiirus liiga kiiresti ei väheneks.

D: See joon näitab pidurdusrõhku. Pidurirõhk suureneb, kuni roheline ratta kiiruse joon (A) lõikub punase võrdlusjoonega. ABS hakkab tööle (C) ja tagab, et ratta ümbermõõdu kiirendus ei muutuks liiga madalaks. Ratta ümbermõõdu kiirendus on perioodi 4 nulljoonel; täpselt hetk, mil ratta kiirus punktis (A) muutub negatiivsest positiivseks. Rõhk hoitakse sel ajal konstantsena. Perioodil 7 on pulseeriv juhtnupp selgelt nähtav. Pidurdusrõhku suurendatakse nüüd ettevaatlikult, et ratas liiga kiiresti ei pidurdaks.

Juhtimispõhimõtted µ-jaotuse vältimiseks:
Selle teabe abil saab ABS-i ratta kohta eraldi seadistada. Ratta kiiruse andurid registreerivad iga ratta kiiruse. See on vajalik, sest kõikides olukordades tuleb kaaluda maksimaalset saavutatavat hõõrdetegurit sõiduki juhitavuse suhtes. Kui sõiduk sõidab vasakpoolsete ratastega kuival asfaldil ja parempoolsete ratastega pehmel õlal ja pidurdatakse täie pidurdusjõuga, väljub sõiduk kontrolli alt ja pöörab ümber oma telje. Rataste pidurdusjõu erinevus asfaldil ja jääl põhjustab pöördemomendi, mis põhjustab kursist kõrvalekaldumise. Seda olukorda nimetatakse µ-jaotuse olukorraks. µ hääldatakse kui "mu". Selle stsenaariumi vältimiseks rakendatakse mitmeid kontrollipõhimõtteid:

Individuaalne juhtseade (IR): pidurirõhk on seatud iga ratta maksimaalsele hõõrdetegurile. See võib põhjustada suuri pöördemomente, kuid saavutatakse maksimaalne pidurdusjõud.
Vali-madala juhtnupp (SL): madalaima hõõrdeteguriga ratas määrab teise ratta pidurdusrõhu. Maksimaalset saavutatavat pidurdusjõudu ei kasutata, kuid pöördemoment on väike.
Select-high control (SH): kõrgeima hõõrdeteguriga ratas määrab teise ratta pidurdusrõhu. Kõrge valiku skeemi kasutatakse ainult ASR-skeemide jaoks.
Vali-nutikas või muutev juhtnupp: pidurdamise ajal lülitub juhtnupp valiku-madalalt individuaalsele juhtnupule. See võimaldab saavutada kompromissi pöördemomentide ja maksimaalsete pidurdusjõudude vahel. Seda skeemi rakendatakse sageli tarbesõidukite puhul.

Tavaliselt on sõiduauto pidurisüsteem eraldatud diagonaalselt (risti vasakule). Selle näide on näidatud alloleval pildil. See näitab punast pidurisüsteemi vasakpoolsel esi- ja parempoolsel taga ning sinist paremat esi- ja vasakut tagumist pidurisüsteemi.

Esirataste pidureid juhitakse individuaalse juhtnupuga (IR). Ühe esiratta pidurdusrõhk on seatud teise esiratta maksimaalsele hõõrdetegurile. Hädaseiskamise ajal otsivad esirattad individuaalselt maksimaalset saavutatavat pidurdusjõudu.
Tagarataste pidureid juhitakse vastavalt valitud madala (SL) põhimõttele. Väikseima hõõrdeteguriga tagaratta reguleeritud pidurdusrõhk määrab teise tagaratta pidurdusrõhu. Mõlema tagaratta pidurdusmoment jääb samaks.

ABS-iga ja ilma ABS-ita sõiduki mõõdud:
Hea ettekujutuse saamiseks ABS-süsteemi mõjust sõidukile on selles jaotises kaks mõõtmiste graafikut, mis näitavad erinevust ilma ABS-ita ja ABS-iga pidurdava sõiduki vahel.

Sõiduki kiirus võrreldes ratta kiirusega ilma ABS-ita:
Parempoolne graafik näitab sõiduki kiirust võrreldes ratta kiirusega.
Alates t = 0 sekundist on sõiduki kiirus 15 meetrit sekundis. Sel hetkel on piduripedaal maksimaalselt alla vajutatud. Sõiduki kiirus väheneb vahepeal lineaarselt 0 m/s-ni
t = 2,75 ja 3,00 sekundit. Ratta kiirus langeb täielikult 0,5 m/s vahemikus t = 1,0 kuni 0 sekundit. See tähendab, et ratta kiirus on juba 0 m/s, seega on see paigal, kuni sõiduk veel liigub. Sel hetkel on ratas blokeeritud. Ratas libiseb teelt välja, kui sõiduk veel ei seisa. Sellises olukorras ABS ei tööta.

Sõiduki kiirus võrreldes ratta kiirusega ABS-iga:
Parempoolsel graafikul on sinine joon sama; sõiduki kiirusel 15 m/s rakendatakse maksimaalset pidurdamist kiiruseni 0 m/s. See kordub uuesti 3 sekundi pärast. Nüüd, kui ABS töötab, ei lange punane joon t = 0,3 sekundi juures 0 m/s peale, vaid ratta kiirus taas kasvab. Seda on näha punaselt joonelt, mis kõigepealt jookseb alla ja tõuseb uuesti vahetult enne t = 0,5 sekundit. Pidurdusrõhku vähendab ABS kiirusel 7,5 m/s. Teiste rataste kiirus on võrdne sõiduki kiirusega ja seega sinise joonega. Vasaku esiratta ABS-andur registreerib aeglustuse. ABS-arvuti tunneb ära kiiruse erinevuse, põhjustades selle sekkumise. Pidurdusrõhku vähendatakse hüdroseadmega, kuni sinine ja punane joon on jälle samad. Sel hetkel hoitakse pidurirõhku taas konstantsena. Kuni sõiduk peatub, jätkab ABS libiseva ratta kiiruse reguleerimist.

Rõhk peamises pidurisilindris võrreldes ilma ABS-ita ratta pidurisilindriga:
Piduripedaalile avaldatav jõud muudetakse piduri peasilindris vedeliku nihke abil pidurirõhuks. See pidurdusrõhk on näidatud alloleval graafikul sinise joonega.
Sõltumata sellest, kas ratas libiseb või mitte, jääb pidurirõhk ratta pidurisilindris (punane joon) samaks kui rõhk peamises pidurisilindris. Nii et selline olukord on ilma ABS-ita.

Rõhk peamises pidurisilindris võrreldes ABS-iga rattapidurisilindriga:
Olukorras, kus ABS tööle hakkab, ei ole rõhud peapidurisilindris ja rattapidurisilindris enam võrdsed. Rõhk peamises pidurisilindris püsib kõrge, kuna juht hoiab piduripedaali all. Graafikul punane joon väheneb t = 0,3 sekundiga; siin vähendab ABS pidurdusrõhku. Pidurirõhu vähenemine paneb ratta uuesti veerema. Alates t = 0,4 sekundist suurendatakse pidurdusrõhku järk-järgult, kuni ratta kiirus on sama, mis teistel ratastel. See on nii, kui t = 2,35 sekundit.