ABS

Temos:

Istorija
Tikslas
Operacija
Greičio davikliai
Hidro agregatas
Hidraulinė grandinė
ABS valdymo ciklas
Valdymo principai, siekiant išvengti µ-skilimo
Automobilio su ABS ir be jo matavimai

Istorija:
ABS (stabdžių antiblokavimo sistemos santrumpa) Dar 1961 metais padangų gamintojas Dunlop sėkmingai eksperimentavo su ABS naudodamas lenktyninį automobilį Ferguson P99 Formulės 1. Tai yra maždaug keturiolika metų, kol kažkas panašaus buvo pristatytas „įprastuose“ automobiliuose. Šiuo metu visi nauji automobiliai yra aprūpinti ABS.

Tikslas:
ABS tikslas yra išnaudoti maksimalų sukibimą tarp padangos ir kelio dangos vairuojant. ABS taip pat užtikrina važiavimo stabilumo išlaikymą. Tai įtraukia:

Vairavimo stabilumas: įjungus ABS, automobilis išlieka valdomas. Su slystančiu ratu transporto priemonė slysta viena kryptimi ir vairavimo judesiai negali būti perkelti į kelio dangą.
Kurso stabilumas: jei ratas užsiblokuoja, transporto priemonė gali judėti kitu kursu. Pavyzdžiui, blokuojantis galinis ratas gali priversti transporto priemonę apsisukti aplink savo ašį, todėl transporto priemonė nustos ant kelio atgal.

Operacija:
Stabdžių sistema yra atsakinga už ratų stabdymą. Jokiu būdu ratas neturėtų užsiblokuoti, nes tada jis praras sukibimą su kelio danga. Tada ratas slysta per asfaltą, o tai reiškia, kad vairavimo judesiai nebegali būti perduodami. Tokiu atveju transporto priemonė yra nevaldoma. ABS sistema neleidžia ratui užsiblokuoti.
Kai ratas gali užsiblokuoti, ABS sistema užtikrina, kad atitinkamo rato stabdžių slėgis (stabdžių skysčio slėgis rato stabdžių cilindruose) būtų sumažintas. Tuo metu nesvarbu, kaip stipriai koja spaudžiate stabdžių pedalą. ABS sistema reguliuoja stabdžių slėgį, kad ratas neslystų. Tam tikru momentu ABS sistema pamažu vėl padidins slėgį, nes ratas, žinoma, turi būti kiek įmanoma stabdomas. Tai tęsiasi tol, kol vėl pasiekiama slydimo riba; tada slėgis vėl sumažinamas. Šis procesas trunka keletą milisekundžių. Tada galima pajusti stabdžių pedalo vibraciją. ABS siurblys dažnai girdimas.

Žemiau esančiame paveikslėlyje parodyta ABS sistemos komponentų apžvalga.

Aukščiau esančiame paveikslėlyje pavaizduoti du raudoni vamzdžiai. Jie eina nuo pagrindinio stabdžių cilindro iki hidraulinio bloko. Hidro agregatas yra dar vienas ABS siurblio žodis. Dvi raudonos linijos yra susijusios su atskira stabdžių sistema; kairysis priekis su dešine galine ir dešinysis priekis su kairiuoju galine. Pavyzdžiui, jei kairiajame priekiniame rate yra nuotėkis, dėl kurio nuteka visas stabdžių skystis, vis tiek galite stabdyti kita stabdžių grandine. Oranžiniai vamzdžiai eina nuo hidraulinio įrenginio iki visų ratų. Hidrauliniame bloke stabdymo jėgą galima reguliuoti kiekvienam ratui.

Ant kiekvieno rato sumontuotas greičio jutiklis. Tai leidžia nuolat stebėti visų keturių ratų greitį. Mėlynos linijos yra signalo laidai, prijungti prie greičio jutiklio. Signalo laidas eina nuo kiekvieno rato iki valdymo bloko. Signalai iš stabdžių pedalo ir hidraulinio bloko taip pat patenka į valdymo bloką. Parodytame automobilyje jis yra po sėdyne, automobilio viduje. Šiais laikais vis dažniau matote, kad valdymo blokas yra pritvirtintas prie hidraulinio bloko. Tada tai yra viena visuma. Jei sistemoje yra gedimas, pavyzdžiui, dėl sugedusio ar nešvaraus jutiklio, sugedusio kabelio ar hidraulinio mazgo defekto, prietaisų skydelyje užsidegs gedimo lemputė. Tada gedimą galima nuskaityti diagnostikos įranga.

Greičio davikliai:
Žemiau esančiame paveikslėlyje parodytas indukcinis greičio jutiklis sumontuotas. Tai McPherson statramsčio ant priekinės pakabos nuotrauka. Čia taip pat galima pamatyti pavaros žiedą, kuriame jutiklis matuoja greitį.

ABS jutiklis gali būti suprojektuotas kaip indukcinis jutiklis (žr. paveikslėlį aukščiau) arba kaip magneto-resistyvinis jutiklis (MRE jutiklis) arba Holo jutiklis (žr. paveikslėlį dešinėje). Šio jutiklio veikimas parodytas puslapyje Salės jutiklis aprašyta. Pastarasis jutiklis naudojamas ABS magnetiniam žiedui, kuris yra rato guolis yra apdorojamas.

Signalai iš indukcinių ir Hall jutiklių gali būti naudojami su osciloskopas yra išmatuoti. Šių matavimų pavyzdžiai pateikti ir aprašyti toliau.

Indukcinis greičio jutiklis:
Indukcinį greičio jutiklį sudaro nuolatinis magnetas su ritė aplink jį. Magnetinio lauko stiprumas pasikeičia, kai dantyto žiedo dantis (pritvirtintas prie pavaros veleno) juda nuolatinio magneto magnetiniu lauku. Dėl magnetinio lauko pasikeitimo ritėje susidaro įtampa. Kiekvienas greičio signalo periodas atitinka danties praėjimą pro jutiklį. Dantų skaičius ant žiedo ir pavaros veleno sukimosi greitis lemia signalo dažnį ir amplitudę.

Salės jutiklis:
Taip pat naudojant magneto-resistyvinį jutiklį (MRE jutiklis) arba Holo jutiklį, metalinis žiedas su magnetais juda išilgai jutiklio. Magnetinis žiedas yra ant velenas arba joje rato guolis. Bloko įtampos dažnis priklauso nuo sukimosi greičio ir metalinio žiedo dantų skaičiaus. Amplitudė (signalo aukštis) išlieka ta pati.

MRE jutikliams veikti reikalingas maitinimo šaltinis. Tačiau šie jutikliai dažnai turi tik du laidus (taigi ir dvi jungtis). Jutiklis siunčia signalą į ABS valdymo bloką per neigiamą laidą. Signalas susidaro todėl, kad puslaidininkinių plokščių elektrinė varža pakinta, kai jas veikia kintantis magnetinis laukas.

Signalai iš greičio jutiklių perduodami į ABS valdymo bloką. Keturių ratų signalai lyginami vienas su kitu. Kai transporto priemonė važiuoja posūkyje, ratų greitis vidiniame posūkyje bus mažesnis nei ratų išoriniame posūkyje. Tai išmatuota, bet, žinoma, gerokai peržengia ribas.
Jei stabdymo metu greičiai per daug skiriasi, ABS valdymo blokas užtikrins, kad hidraulinis blokas sumažins atitinkamo rato stabdymo slėgį (stabdymas per stipriai). Jei greitėjimo metu yra per didelis greičio skirtumas, variklio galią staigiai sumažins variklio valdymo sistema.

Esant gedimams ABS sistemoje, signalus galima išmatuoti osciloskopu. Juos galima išmatuoti prie vairo, bet ir prie valdymo įtaiso. Matuodami prie vairo galite patikrinti, ar tinkamai veikia ABS jutikliai. Atliekant matavimus valdymo bloke, galima atmesti, ar gedimo priežastis yra sugedę laidai.
Matavimo metu galima patikrinti, ar indukcinio jutiklio dažnis ir amplitudė yra teisingi. Su Hall jutikliu galite patikrinti, ar signalo dažnis yra teisingas, kai ratas sukasi. Norėdami tai padaryti, pasukite ratą iki galo, kad būtų galima greitai nustatyti bet kokius dantų defektus. Su pažeistais dantimis bus matomas jutiklio signalų grynumo nuokrypis (galvokite apie dažnį, kuris yra platesnis nei numatyta su kiekvienu sukimu).

Hidro agregatas:
Žemiau esančiame paveikslėlyje kairėje pavaizduotas hidrogeneratorius su įmontuotu valdymo įtaisu. Tai matyti, be kita ko, iš didelio kaiščių skaičiaus kištuko jungtyje.
Čia taip pat matomos pagrindinio stabdžių cilindro ir ratų vamzdžių jungtys. Atskiros stabdžių grandinės (kairysis priekis su dešine galine ir dešinė priekis su kairiuoju galiniu) yra integruotos į šį siurblio bloką.

Kai išardome hidraulinį mazgą, matosi vožtuvo blokas. Apatiniame dešiniajame paveikslėlyje parodytas hidrogeneratoriaus vidus.

Hidraulinė grandinė:
Toliau pateiktoje hidraulinėje diagramoje pavaizduoti komponentai hidrauliniame įrenginyje ir aplink jį. Norėdami suprasti veikimą, dalis ir simbolius, puslapis pagrindiniai hidraulikos principai konsultuojamasi.
Žemiau pateikta diagrama nubraižyta vienam ratui. Skaičiai 5, 6 ir 9 yra vidiniai. Kitas ratas naudoja tuos pačius komponentus, išskyrus 2/2 vožtuvus (6), tik su skirtingomis jungtimis. Kitaip tariant, jei būtų nubraižyta viso automobilio schema, šalia jo būtų šeši 2/2 vožtuvai, kiekvienas su savo vamzdžiais. Kad viskas būtų aišku, dabar rodoma tik vienos stabdžių grandinės schema.

1 situacija: be stabdymo ir stabiliai:
Diagrama dešinėje rodo situaciją be stabdymo ir stabilaus stabdymo. Paspaudžiamas stabdžių pedalas (2), todėl pagrindinis stabdžių cilindras (4) kairiajame 2/2 vožtuve (6) daro skysčio slėgį. Šis 2/2 vožtuvas turi atvirą jungtį su stabdžių apkaba (7). Kadangi skysčio slėgis į stabdžių apkabą didėja, stabdžių trinkelės bus prispaustos prie stabdžių disko. Tada bus įjungti stabdžiai. Greičio jutiklis (8) registruoja rato apsisukimų skaičių.

2 situacija: ABS aktyvus, palaikykite stabdžių slėgį:
Šioje diagramoje parodyta situacija, kai stipriai stabdoma ir per didelis rato lėtėjimas. ABS jutiklis prie stabdžio perdavė greičio signalą į valdymo bloko 5 gnybtą, kuris yra mažesnis nei kitų ratų. Į tai reaguoja valdymo blokas ir uždaro sistemą prie stabdžių apkabos.
Tai daroma taip: valdymo įtaiso 3 kaiščiui tiekiama tam tikra srovė, kuri įjungia elektromagnetinį vožtuvą, esantį kairiajame 2/2 vožtuve. Vožtuvas stumiamas į kairę prieš spyruoklės jėgą. Tai blokuoja naujo stabdžių skysčio patekimą į stabdžių apkabą. Dešinysis 2/2 vožtuvas lieka toje pačioje padėtyje, todėl joks stabdžių skystis negali patekti į stabdžius arba grįžti atgal. Tai palaiko pastovų slėgį. Valdymo blokas dar kartą patikrina, ar greičio skirtumas tarp atitinkamo ir kitų ratų per daug nesiskiria. Jei abipusis greičių skirtumas yra minimalus arba greičio skirtumo nebėra, nes stabdžių slėgis buvo pastovus, valdymo blokas vėl pašalins srovę iš 3 kaiščio. 2/2 vožtuvas grįžta į pradinę padėtį, todėl vėl taikoma 1 situacija. Jei greičio skirtumas nesikeičia arba net tampa didesnis, atitinkamo rato stabdymo slėgis turi būti sumažintas. Tai atsitinka 3 situacijoje.

3 situacija: ABS aktyvus, sumažinkite stabdžių slėgį:
Norint sumažinti stabdžių slėgį, stabdžių skystis turi būti išpumpuojamas į liniją tarp 2/2 vožtuvo ir stabdžių apkabos. Tai atsitinka aukščiau esančioje diagramoje.
Dabar 4 kaištis taip pat tiekiamas maitinimu, kad būtų įjungtas dešinysis 2/2 vožtuvas. Dabar ji taip pat perkelta į kairę padėtį, atlaisvinant praėjimą tarp stabdžių apkabos ir hidraulinio siurblio. Šiuo metu siurblio variklis sukasi ir pumpuoja stabdžių skystį iš stabdžių apkabos į pagrindinį cilindrą. Dabar skystis pumpuojamas atgal į rezervuarą prieš pagrindinio stabdžių cilindro jėgą. Slėgis sumažinamas ir ratas vėl pradės suktis.

Apibendrinant:
1 situacija taikoma važiuojant ir lengvai stabdant. Stabdymo metu, kai ratas gali užsiblokuoti, 2 situacija, o slėgis turi būti sumažintas dėl blokuojančio rato, 3 situacija. Stabdant situacija vis keisis. Jei taikoma 3 situacija, kai stabdžių skystis išsiurbiamas iš stabdžių, ratas turi būti stabdomas dar kartą. Priešingu atveju transporto priemonė negalėtų pakankamai stipriai stabdyti. Tada vairuotojas grįžta į 1 situaciją, tada vėl 2 ir vėl 3. Tai vyksta tol, kol vairuotojas nustoja stabdyti arba kol važiuoja kitu paviršiumi, kuris, pavyzdžiui, yra kietesnis (didesnis trinties koeficientas). .

ABS valdymo ciklas:
Žemiau esančioje diagramoje parodytas ABS valdymo ciklas. Pridėta įvairių veiksnių, tokių kaip transporto priemonės greitis (A) su rato greičiu, rato apskritimo pagreitis (B), sistemos aktyvumas (C) ir stabdžių slėgis (D).
Grafikas taip pat suskirstytas į 9 laiko periodus. Pokyčiai matomi kiekvienu periodu, nes sistema koreguojama. Laikotarpis iš viso yra maždaug 20 milisekundžių ir yra padalintas į 9 nelygias dalis. Žemiau diagramos yra linijų paaiškinimas.

A: Juoda linija nurodo transporto priemonės greitį, žalia – rato greitį, o raudona – atskaitos greitį. Automobilio greitis mažėja (1 periodas), bet rato greitis mažėja daug greičiau. Raudona atskaitos linija nukirpta. Kai žalia linija atsiduria žemiau raudonos linijos (nuo 2 periodo), ratas gali paslysti. Todėl ABS įsikiš.

B: Linija rodo rato perimetro pagreitį. Pavyzdys: sukant ratą ir lėtai sulėtinti, linija B lieka artima nulinei linijai. Dabar sukant ratą tuo pačiu greičiu ir stabdant stipriau, linija tęsis toliau žemyn. Tai taip pat atsitinka, kai jį pagreitinate; labai greitai sukant ratą nuo 0 iki 10 km/h, linija šaudys toliau, jei jums prireiks 5 sekundžių, kad ratą pasuktumėte nuo 0 iki 10 km/h. Trumpai tariant, tai yra rato perimetro pagreitis.

C: Ši linija rodo, kur slėgis sistemoje yra stabilizuotas; tada ABS veikia. Kai linija ties C yra žema (ties nuline linija), ABS sistema neveikia. 7 periode ABS valdoma pulsuojančiai, kad ratų greitis nesumažėtų per greitai.

D: Ši eilutė rodo stabdymo slėgį. Stabdžių slėgis didėja tol, kol žalia rato greičio linija (A) susikerta su raudona atskaitos linija. Įsijungia ABS (C) ir užtikrina, kad rato perimetro pagreitis netaptų per mažas. Rato perimetro pagreitis yra ties nuline linija 4 periode; tiksliai momentas, kai rato greitis (A) pereina iš neigiamo į teigiamą. Slėgis tuo metu palaikomas pastovus. 7 periode aiškiai matomas pulsuojantis valdiklis. Stabdymo slėgis dabar atsargiai padidinamas, kad ratas nestabdytų per greitai.

Valdymo principai, siekiant išvengti µ skilimo:
Naudojant šią informaciją, ABS gali būti nustatytas atskirai kiekvienam ratui. Ratų greičio jutikliai registruoja kiekvieno rato greitį. Tai būtina, nes visose situacijose didžiausias pasiekiamas trinties koeficientas turi būti lyginamas su transporto priemonės valdomumu. Kai transporto priemonė važiuoja kairiaisiais ratais ant sauso asfalto, o dešiniaisiais – ant minkšto peties, o stabdžiai veikia visa stabdymo jėga, automobilis nebevaldomas ir apsisuks aplink savo ašį. Stabdymo jėgos skirtumas tarp ratų ant asfalto ir ant ledo sukelia posūkio momentą, dėl kurio nukrypstama nuo kurso. Ši situacija vadinama µ padalijimo situacija. µ tariamas kaip „mu“. Siekiant išvengti šio scenarijaus, taikomi keli kontrolės principai:

Individualus valdymas (IR): stabdžių slėgis nustatomas pagal maksimalų kiekvieno rato trinties koeficientą. Tai gali sukelti didelius posūkio momentus, tačiau pasiekiamos didžiausios stabdymo jėgos.
„Select-low“ valdiklis (SL): ratas su mažiausiu trinties koeficientu nustato kito rato stabdymo slėgį. Didžiausia pasiekiama stabdymo jėga nenaudojama, tačiau posūkio momentas mažas.
Aukšto pasirinkimo valdiklis (SH): ratas su didžiausiu trinties koeficientu nustato kito rato stabdymo slėgį. Didelio pasirinkimo schema naudojama tik ASR schemoms.
Išmanusis arba modifikuojantis valdiklis: stabdymo metu valdiklis keičiasi iš pasirinkimo žemo lygio į individualų valdymą. Tai leidžia pasiekti kompromisą tarp posūkio momentų ir didžiausių stabdymo jėgų. Ši schema dažnai taikoma komercinėms transporto priemonėms.

Paprastai lengvojo automobilio stabdžių sistema atskiriama įstrižai (skersai į kairę). To pavyzdys parodytas žemiau esančiame paveikslėlyje. Tai rodo raudoną stabdžių sistemą kairėje priekyje ir dešinėje gale ir mėlyną stabdžių sistemą dešinėje priekyje ir kairėje gale.

Priekinių ratų stabdžiai valdomi individualiu valdikliu (IR). Vieno priekinio rato stabdymo slėgis nustatomas pagal maksimalų kito priekinio rato trinties koeficientą. Avarinio stabdymo metu priekiniai ratai atskirai ieškos didžiausios pasiekiamos stabdymo jėgos.
Galinių ratų stabdžiai valdomi pagal pasirinkto žemo (SL) principą. Sureguliuotas galinio rato stabdymo slėgis su mažiausiu trinties koeficientu lemia kito galinio rato stabdymo slėgį. Abiejų galinių ratų stabdymo momentas išliks toks pat.

Transporto priemonės su ABS ir be jos išmatavimai:
Norint susidaryti gerą supratimą apie ABS sistemos įtaką transporto priemonei, šiame skyriuje pateikiami du matavimų grafikai, parodantys skirtumą tarp stabdančios transporto priemonės be ABS ir su ABS.

Transporto priemonės greitis, palyginti su ratų greičiu be ABS:
Diagrama dešinėje rodo automobilio greitį, palyginti su rato greičiu.
Nuo t = 0 sekundės transporto priemonės greitis yra 15 metrų per sekundę. Tuo metu maksimaliai nuspaudžiamas stabdžių pedalas. Transporto priemonės greitis tiesiškai mažėja iki 0 m/s
t = 2,75 ir 3,00 sekundės. Rato greitis visiškai sumažėja iki 0,5 m/s tarp t = 1,0 ir 0 sekundės. Tai reiškia, kad ratas jau turi 0 m/s greitį, todėl jis stovi, kol transporto priemonė vis dar juda. Tuo metu blokuojamas ratas. Ratas slysta kelio paviršiumi, kol transporto priemonė dar nestovi. Tokiu atveju ABS neveikia.

Transporto priemonės greitis, palyginti su ratų greičiu su ABS:
Diagramoje dešinėje mėlyna linija yra ta pati; transporto priemonei važiuojant 15 m/s greičiu, maksimalus stabdymas taikomas iki 0 m/s. Tai vėl kartojasi po 3 sekundžių. Dabar, kai ABS veikia, raudona linija ties t = 0,3 sekundės nenukrenta iki 0 m/s, tačiau rato greitis vėl didėja. Tai matyti iš raudonos linijos, kuri pirmiausia eina žemyn ir vėl pakyla prieš pat t = 0,5 sekundės. Stabdymo slėgį ABS mažina 7,5 m/s greičiu. Kitų ratų greitis yra lygus transporto priemonės greičiui, taigi ir mėlynai linijai. Kairiojo priekinio rato ABS jutiklis registruoja lėtėjimą. ABS kompiuteris atpažįsta greičio skirtumą, todėl jis įsikiša. Hidrauliniu agregatu stabdymo slėgis mažinamas tol, kol mėlynos ir raudonos linijos vėl tampa tokios pačios. Tuo metu stabdžių slėgis vėl palaikomas pastovus. Kol automobilis sustoja, ABS ir toliau kontroliuoja slystančio rato greitį.

Slėgis pagrindiniame stabdžių cilindre, palyginti su rato stabdžių cilindru be ABS:
Stabdžių pedalą veikianti jėga paverčiama stabdžių slėgiu pagrindiniame stabdžių cilindre, naudojant skysčio poslinkį. Šis stabdymo slėgis parodytas toliau pateiktame grafike su mėlyna linija.
Nepriklausomai nuo to, ar ratas slysta, ar ne, stabdžių slėgis rato stabdžių cilindre (raudona linija) išlieka toks pat kaip ir pagrindiniame stabdžių cilindre. Taigi tokia situacija be ABS.

Slėgis pagrindiniame stabdžių cilindre, palyginti su rato stabdžių cilindru su ABS:
Esant situacijai, kai ABS pradeda veikti, slėgis pagrindiniame stabdžių cilindre ir rato stabdžių cilindre nebėra vienodas. Slėgis pagrindiniame stabdžių cilindre išlieka aukštas, nes vairuotojas laiko nuspaustą stabdžių pedalą. Grafike raudona linija mažėja ties t = 0,3 sekundės; čia ABS sumažina stabdymo slėgį. Sumažėjus stabdžių slėgiui, ratas vėl pradeda riedėti. Nuo t = 0,4 sekundės stabdymo slėgis vėl palaipsniui didinamas, kol rato greitis bus toks pat kaip ir kitų ratų. Taip yra, kai t = 2,35 sekundės.