ABS

科目：

歴史
ドエル
運営
スピードセンサー
水力骨材
油圧回路
ABS制御周期
μ-スプリットを防ぐ制御原理
ABS ありとなしの車両の測定

歴史：
ABS (アンチロックブレーキシステムの略語) 1961 年という早い時期に、タイヤメーカーダンロップはファーガソン P99 F1 レーシングカーで ABS の実験に成功しました。これは、同様のものが「普通の」車に導入される約 XNUMX 年前のことです。今では新車には必ずABSが装備されています。

目標：
ABS の目的は、走行中にタイヤと路面の接着力を最大限に活用することです。 ABSにより走行安定性も確保されています。これも：

操縦安定性: ABS が作動しても、車両は操縦可能な状態を保ちます。車輪が滑ると、車両は一方向に滑り、ステアリングの動きを路面に伝えることができなくなります。
コースの安定性: 車輪がロックした場合、車両は別のコースを取ることができます。たとえば、後輪がブロックされると車両がその軸を中心に回転し、車両が道路上で後方に転倒する可能性があります。

ワーキング:
ブレーキシステムは車輪にブレーキをかける役割を果たします。いかなる状況でもホイールがロックしてはなりません。ロックすると路面とのグリップが失われます。そうするとホイールがアスファルトの上を滑り、ステアリングの動きが伝わらなくなります。この場合、車両は制御不能になります。 ABS システムはホイールのブロックを防ぎます。
ホイールがロックしそうになると、ABS システムは該当するホイールのブレーキ圧 (ホイールブレーキシリンダーにかかるブレーキ液圧) を確実に低下させます。このとき、足でブレーキペダルをどれだけ強く踏んでも問題ありません。 ABS システムは、車輪が滑らないようにブレーキ圧力を調整します。当然、ホイールには可能な限りブレーキをかける必要があるため、ある時点で ABS システムは徐々に圧力を再び高めます。これは、再び滑り限界に達するまで続きます。その後、圧力が再び減圧されます。このプロセスには数ミリ秒かかります。するとブレーキペダルに振動が感じられます。 ABSポンプの音がよく聞こえます。

下の図は、ABS システムのコンポーネントの概要を示しています。

上の画像には XNUMX 本の赤いパイプが示されています。これらはマスターブレーキシリンダーから油圧ユニットまで続きます。ハイドロアグリゲートは ABS ポンプの別の言葉です。 XNUMX 本の赤い線は別個のブレーキシステムに関係しています。左前と右後、右前と左後。たとえば、左前輪で漏れが発生し、ブレーキ液がすべて漏れた場合でも、もう一方のブレーキ回路でブレーキをかけることができます。オレンジ色のパイプが油圧ユニットからすべての車輪に伸びています。油圧ユニットでは車輪ごとに制動力を調整できます。

速度センサーは各車輪に取り付けられています。これにより、XNUMX つの車輪すべての速度を継続的に監視できます。青い線は速度センサーに接続されている信号線です。信号線は各車輪から制御ユニットまで伸びています。ブレーキペダルと油圧ユニットからの信号もコントロールユニットに送られます。図の車では、これは車内の座席の下にあります。最近では、油圧ユニットにコントロールユニットが取り付けられているケースが増えています。そうすれば、それは一つの全体になります。センサーの欠陥や汚れ、ケーブルの欠陥、油圧ユニットの欠陥などによりシステムに障害がある場合、インストルメントパネルの障害ライトが点灯します。故障は診断装置で読み取ることができます。

速度センサー:
下の画像は、取り付けられた状態の誘導式速度センサーを示しています。フロントサスペンションのマクファーソンストラットの写真です。センサーが速度を測定するギアリングもここに見えます。

ABS センサーは、誘導センサー (上の画像を参照)、磁気抵抗センサー (MRE センサー)、またはホールセンサー (右の画像を参照) として設計できます。このセンサーの動作はページに記載されていますホールセンサ説明された。後者のセンサーは、ABS 磁気リングに使用されます。ホイールのベアリング処理されます。

誘導センサーとホールセンサーからの信号は、オシロスコープ測定されます。これらの測定の例を以下に示し、説明します。

誘導型速度センサー:
誘導式速度センサーは、永久磁石とその周囲に巻かれたコイルで構成されています。歯付きリング (ドライブシャフトに取り付けられている) の歯が永久磁石の磁場中を移動すると、磁場の強度が変化します。磁場の変化によりコイルに電圧が発生します。速度信号の各周期は、センサーを通過する歯の通過に対応します。リングの歯の数とドライブシャフトの回転速度によって、信号の周波数と振幅が決まります。

ホールセンサ：
また、磁気抵抗センサー (MRE センサー) やホールセンサーでは、磁石を備えた金属リングがセンサーに沿って移動します。磁気リングはドライブシャフトまたはその中にホイールのベアリング。ブロック電圧の周波数は、金属リングの回転速度と歯数によって異なります。振幅 (信号の高さ) は変わりません。

MRE センサーの動作には電源が必要です。しかし、これらのセンサーには多くの場合、ワイヤが XNUMX 本しかありません (つまり、接続が XNUMX つあります)。センサーはマイナスケーブルを介して ABS コントロールユニットに信号を送信します。変化する磁場にさらされると半導体プレートの電気抵抗が変化するため、信号が形成されます。

速度センサーからの信号は ABS コントロールユニットに送信されます。 XNUMX つの車輪からの信号が相互に比較されます。車両がカーブを通過するとき、内側のカーブの車輪の速度は外側のカーブの車輪の速度より遅くなります。これは測定されていますが、もちろん十分に余裕の範囲内です。
ブレーキ中に速度の差が大きすぎる場合、ABS コントロールユニットは、油圧ユニットが該当するホイールのブレーキ圧力を確実に下げるようにします (ブレーキが強すぎる場合)。加速中に速度差が大きすぎると、エンジンマネージメントシステムによってエンジン出力が急激に低下します。

ABS システムに異常が発生した場合は、オシロスコープで信号を測定できます。これらは、ホイールだけでなく、制御装置でも測定できます。ホイールで測定することで、ABS センサーが適切に機能しているかどうかを確認できます。制御ユニットで測定を行うと、配線不良が誤動作の原因であるかどうかを除外できます。
測定中に、誘導センサーの周波数と振幅が正しいかどうかをチェックできます。ホールセンサーを使用すると、ホイールの回転中に信号の周波数が正しいかどうかを確認できます。これを行うには、歯の欠陥をすぐに特定できるようにホイールを XNUMX 回転させます。歯が損傷すると、センサー信号の純度の偏差が目に見えて現れます（回転ごとに意図した周波数よりも広い周波数を考えてください）。

水力集合体:
下の左図は制御装置を内蔵した水力発電機です。これは、特にプラグ接続のピンの数からわかります。
マスターブレーキシリンダーからホイールへのパイプの接続もここに表示されます。このポンプユニットには、独立したブレーキ回路（左フロントと右リア、右フロントと左リア）が組み込まれています。

油圧ユニットを分解するとバルブブロックが見えます。右下の画像は水力発電機の内部を示しています。

油圧回路:
以下の油圧図は、油圧ユニット内およびその周囲のコンポーネントを示しています。操作や各部の名称、記号を理解するためのページ 油圧の基本原理 相談される。
下の図は 5 つの車輪について描かれています。 6、9、2 は内部番号です。別のホイールは、2/6 バルブ (2) を除き、接続が異なるだけで同じコンポーネントを使用します。つまり、完成車の図を描くと、その隣に 2/XNUMX バルブが XNUMX つあり、それぞれにパイプが接続されています。わかりやすくするために、ここでは XNUMX つのブレーキ回路の図のみを示します。

状況 1: ブレーキがかからず安定している場合:
右の図は、ブレーキがかからず安定した状態を示しています。ブレーキペダル (2) が踏まれると、マスターブレーキシリンダー (4) によって左 2/2 バルブ (6) に液圧がかかります。この 2/2 バルブはブレーキキャリパー (7) への接続が開いています。ブレーキキャリパーへの液圧が高まるため、ブレーキパッドがブレーキディスクに押し付けられます。その後ブレーキがかかります。速度センサー (8) はホイールの回転数を記録します。

状況 2: ABS が作動し、ブレーキ圧力を維持します:
この図は、急ブレーキがかかり、車輪の減速度が大きすぎる場合の状況を示しています。ブレーキの ABS センサーは、他の車輪の速度信号よりも低い速度信号をコントロールユニットの端子 5 に送信しました。コントロールユニットはこれに応答して、システムをブレーキキャリパーに閉じます。
これは次のように行われます。制御装置のピン 3 に特定の電流が印加され、左側 2/2 バルブのソレノイドバルブが通電されます。バルブはバネの力に抗して左に押されます。これにより、新しいブレーキ液がブレーキキャリパーにアクセスできなくなります。右 2/2 バルブは同じ位置に留まるため、ブレーキ液がブレーキに送られることも戻ることもありません。これにより圧力が一定に保たれます。コントロールユニットは、当該車輪と他の車輪との速度差が大きく異なりすぎていないかを再度チェックする。相互の速度差が最小限である場合、またはブレーキ圧力が一定に保たれたために速度差がなくなった場合、制御ユニットはピン 3 からの電流を再び除去します。 2/2 バルブは元の位置に戻るため、状況 1 が再び適用されます。速度差が変わらない場合、またはさらに大きくなる場合は、該当する車輪のブレーキ圧力を下げる必要があります。これは状況 3 で発生します。

状況 3: ABS が作動し、ブレーキ圧力を下げる:
ブレーキ圧力を下げるには、ブレーキ液を 2/2 バルブとブレーキキャリパーの間のラインにポンプで送り出す必要があります。これは上の図で行われます。
これで、ピン 4 にも電力が供給され、右側の 2/2 バルブが通電されます。これも左側の位置に移動し、ブレーキキャリパーと油圧ポンプの間の通路が解放されます。このとき、ポンプモーターが回転し、ブレーキフルードをブレーキキャリパーからマスターシリンダーに送り出します。流体はマスターブレーキシリンダーの力に抗してリザーバーにポンプで戻されます。圧力が減少すると、ホイールは再び回転し始めます。

要約すれば：
状況 1 は、運転中、軽くブレーキをかけているときに当てはまります。ブレーキング中、ホイールがロックする恐れがある場合は状況 2、ホイールがブロックされているため圧力を下げる必要がある場合は状況 3 です。ブレーキング中、状況は変化し続けます。状況 3 に該当し、ブレーキ液がブレーキからポンプで排出される場合は、ホイールに再度ブレーキをかける必要があります。そうしないと、車両は十分に強くブレーキをかけることができなくなります。その後、ドライバーは状況 1 に戻り、次に再び状況 2、そして再び状況 3 に切り替わります。これは、ドライバーがブレーキを止めるか、たとえばより硬い (摩擦係数が高い) 別の路面を運転するまで起こります。。

ABS制御周期：
下のグラフはABSの制御周期を示しています。車輪速度を伴う車両速度 (A)、車輪周囲加速度 (B)、システムの動作 (C)、ブレーキ圧力 (D) など、さまざまな要素が追加されています。
グラフも9つの期間に分割されています。システムが調整されているため、各期間で変化が見られます。この期間は合計で約 20 ミリ秒で、9 つの不均等なチャンクに分割されます。グラフの下には線の説明があります。

A: 黒線が車速、緑線が車輪速度、赤線が基準速度です。車両速度は低下しますが (期間 1)、車輪速度ははるかに早く低下します。赤い基準線が切れています。緑色の線が赤色の線よりも下に来ると (期間 2 以降)、車輪のスリップが発生する可能性があります。したがって、ABS が介入します。

B: 線は車輪周加速度を示します。例: ホイールを回してゆっくり速度を落とすと、B の線はゼロ線に近いままになります。同じ速度でハンドルを切り、より強くブレーキをかけると、ラインはさらに下に伸びます。これは、速度を上げるときにも発生します。 0 から 10 km/h まで素早くホイールを回すと、5 から 0 km/h までホイールを回すのに 10 秒かかると、ラインはさらに上がります。つまり、車輪周加速度です。

C: この線は、システム内の圧力が安定する場所を示します。 ABS が作動します。 C のラインが低い (ゼロのライン) 場合、ABS システムは作動していません。期間７では、車輪速度が急激に低下しないようにＡＢＳを脈動的に制御する。

D: この線はブレーキ圧力を示します。緑の車輪速度線 (A) が赤の基準線と交差するまで、ブレーキ圧力が増加します。 ABSが作動し(C)、車輪周加速度が低くなりすぎないようにします。ホイール周加速度は期間 4 でゼロラインにあります。まさに、(A) の車輪速度がマイナスからプラスに変わる瞬間です。このときの圧力は一定に保たれます。期間 7 では、脈動するコントロールがはっきりと見えます。ホイールが急激にブレーキをかけすぎないように、ブレーキ圧力が注意深く増加します。

μ-スプリットを防ぐための制御原則:
この情報を使用して、ABS をホイールごとに個別に設定できます。車輪速度センサーは各車輪の速度を記録します。これが必要なのは、あらゆる状況において、達成可能な最大摩擦係数と車両の操縦性を比較検討する必要があるためです。乾いたアスファルトでは左輪、柔らかい路肩では右輪で走行し、フル制動力でブレーキをかけると、車両はコントロール不能となり自転してしまいます。アスファルト上と氷上では車輪の制動力の差によりヨーイングモーメントが発生し、コースからの逸脱を引き起こします。この状況をμスプリット状況と呼びます。 μは「ミュー」と発音します。このシナリオを防ぐために、次のようないくつかの制御原則が適用されます。

個別制御 (IR): ブレーキ圧力は各ホイールの最大摩擦係数に設定されます。これによりヨーモーメントが大きくなる可能性がありますが、最大の制動力が得られます。
セレクトロー制御 (SL): 摩擦係数が最も低い車輪が、もう一方の車輪のブレーキ圧力を決定します。達成可能な最大制動力は使用されませんが、ヨーモーメントは低くなります。
セレクトハイコントロール (SH): 摩擦係数が最も高い車輪が、他の車輪のブレーキ圧力を決定します。 select-high スキームは ASR スキームにのみ使用されます。
セレクトスマートまたは変更制御: ブレーキング中、制御はセレクトローから個別制御に変わります。これにより、ヨーモーメントと最大制動力の間で妥協点を達成することができます。この方式は商用車によく適用されます。

通常、乗用車のブレーキシステムは斜め（左十字）に分離されています。この例を下の図に示します。これは、左前部と右後部の赤いブレーキシステムと、右前部と左後部の青のブレーキシステムを示しています。

前輪のブレーキは個別制御（IR）で制御されます。一方の前輪のブレーキ圧は、他方の前輪の最大摩擦係数に設定されます。緊急停止中は、前輪が個別に達成可能な最大制動力を探します。
後輪のブレーキはセレクトロー（SL）原理に従って制御されます。摩擦係数が最も小さい後輪の調整されたブレーキ圧が、もう一方の後輪のブレーキ圧を決定します。両方の後輪のブレーキトルクは同じままになります。

ABS 付き車両と ABS なし車両の測定:
車両に対する ABS システムの影響をよく理解するために、このセクションでは、ブレーキをかけた車両の ABS なしとありの違いを示す XNUMX つの測定グラフを示します。

ABS を使用しない場合の車輪速度に対する車両速度:
右側のグラフは、車輪速度に対する車両速度を示しています。
t = 0 秒から、車両の速度は 15 メートル/秒になります。その瞬間、ブレーキペダルを最大限に踏み込みます。車両速度は、その間で 0 m/s まで直線的に減少します。
t = 2,75 および 3,00 秒。車輪速度は、t = 0,5 ～ 1,0 秒の間で完全に 0 m/s に低下します。これは、車輪の速度がすでに 0 m/s であるため、車両はまだ動いているにもかかわらず、車輪は静止していることを意味します。その瞬間、車輪がブロックされます。車両が停止していない状態で、路面上で車輪がスリップしてしまう。この状況では ABS は作動しません。

ABS を使用した場合の車輪速度に対する車両速度:
右側のグラフでは、青い線は同じです。車速 15 m/s では、最大ブレーキが 0 m/s になります。これも 3 秒以内に発生します。 ABS が作動しているため、t = 0,3 秒の赤い線は 0 m/s まで低下しませんが、車輪の速度は再び増加します。これは、最初に下向きに伸び、t = 0,5 秒の直前に再び上昇する赤い線からわかります。ブレーキ圧力は ABS によって 7,5 m/s の速度で減圧されます。他の車輪の速度は車両の速度と等しいため、青い線と同じになります。左前輪の ABS センサーが減速度を記録します。 ABS コンピューターが速度の違いを認識し、介入します。青と赤の線が再び同じになるまで、油圧ユニットによってブレーキ圧力が減圧されます。このとき、ブレーキ圧は再び一定に保たれます。車両が停止するまで、ABS は横滑りしている車輪の速度を制御し続けます。

ABS なしのホイールブレーキシリンダーと比較したマスターブレーキシリンダー内の圧力:
ブレーキペダルにかかる力は、流体の変位によってマスターブレーキシリンダー内のブレーキ圧力に変換されます。このブレーキ圧力は、下のグラフに青い線で示されています。
ホイールがスリップするかどうかに関係なく、ホイールブレーキシリンダー内のブレーキ圧力 (赤線) はマスターブレーキシリンダー内の圧力と同じままです。ということでABS無しの状態です。

マスターブレーキシリンダー内の圧力と ABS 付きホイールブレーキシリンダーの圧力の比較:
ABS が作動する状況では、マスターブレーキシリンダーとホイールブレーキシリンダー内の圧力は等しくなくなります。ドライバーがブレーキペダルを踏み続けているため、マスターブレーキシリンダー内の圧力は高いままです。グラフでは、赤い線は t = 0,3 秒で減少します。ここでは ABS がブレーキ圧力を下げます。ブレーキ圧力が低下すると、車輪が再び回転します。 t = 0,4 秒から、車輪の速度が他の車輪と同じになるまで、ブレーキ圧力が再び徐々に増加します。これは t = 2,35 秒の場合です。