АБС

Предметы:

история
Doel
операция
Датчики скорости
Гидроагрегат
Гидравлический контур
Цикл управления АБС
Принципы управления для предотвращения µ-раскола
Размеры автомобиля с АБС и без него.

История:
ABS (аббревиатура от «антиблокировочная тормозная система»). Еще в 1961 году производитель шин Dunlop успешно экспериментировал с ABS на гоночном автомобиле Формулы-99 Ferguson P1. Это примерно за четырнадцать лет до того, как нечто подобное появилось на «обычных» автомобилях. Сегодня все новые автомобили оснащены АБС.

Цель:
Целью ABS является максимальное сцепление шины с поверхностью дороги во время движения. ABS также обеспечивает сохранение устойчивости движения. Это включает в себя:

Устойчивость рулевого управления: при активации ABS автомобиль сохраняет управляемость. При пробуксовке колеса автомобиль скользит в одном направлении и движения рулевого управления не могут быть переданы на поверхность дороги.
Устойчивость курса: если колесо заблокируется, автомобиль может пойти другим курсом. Например, блокирующее заднее колесо может привести к вращению автомобиля вокруг своей оси, в результате чего автомобиль окажется на дороге задом наперед.

Операция:
Тормозная система отвечает за торможение колес. Ни в коем случае нельзя блокировать колесо, так как тогда оно потеряет сцепление с дорожным покрытием. Колесо при этом скользит по асфальту, а это значит, что рулевые движения больше не могут передаваться. В этом случае автомобиль становится неуправляемым. Система ABS предотвращает блокировку колес.
Когда колесо угрожает блокировкой, система ABS обеспечивает снижение тормозного давления (давление тормозной жидкости в колесных тормозных цилиндрах) на соответствующем колесе. В этот момент не имеет значения, насколько сильно вы нажмете ногой на педаль тормоза. Система ABS регулирует тормозное давление, чтобы колесо не буксовало. В определенный момент система ABS снова постепенно наращивает давление, потому что колесо, конечно же, должно быть максимально сильно заторможено. Это продолжается до тех пор, пока снова не будет достигнут предел скольжения; затем давление снова снижается. Этот процесс занимает несколько миллисекунд. При этом в педали тормоза можно почувствовать вибрацию. Часто слышен насос АБС.

На изображении ниже представлен обзор компонентов системы ABS.

На изображении выше показаны две красные трубы. Они идут от главного тормозного цилиндра к гидравлическому блоку. Гидроагрегат – это другое название насоса ABS. Две красные линии относятся к отдельной тормозной системе; левое переднее с правым задним и правое переднее с левым задним. Например, если имеется утечка в левом переднем колесе, в результате которой вытекла вся тормозная жидкость, вы все равно можете затормозить с помощью другого тормозного контура. Оранжевые трубки идут от гидроблока ко всем колесам. В гидравлическом блоке тормозное усилие можно регулировать для каждого колеса.

На каждом колесе установлен датчик скорости. Это позволяет постоянно контролировать скорость всех четырех колес. Синие линии — это сигнальные провода, подключенные к датчику скорости. От каждого колеса к блоку управления проходит сигнальный провод. В блок управления также поступают сигналы от педали тормоза и от гидроблока. В показанном автомобиле он расположен под сиденьем в салоне автомобиля. В настоящее время все чаще можно увидеть, что блок управления прикреплен к гидравлическому блоку. Тогда это одно целое. Если в системе имеется неисправность, например, из-за неисправного или загрязненного датчика, неисправного кабеля или неисправности гидравлического блока, на панели приборов загорится индикатор неисправности. Неисправность затем можно считать с помощью диагностического оборудования.

Датчики скорости:
На изображении ниже показан индуктивный датчик скорости в смонтированном состоянии. Это фото стойки McPherson на передней подвеске. Здесь же можно увидеть зубчатый венец, на котором датчик измеряет скорость.

Датчик ABS может быть выполнен в виде индуктивного датчика (см. изображение выше), магниторезистивного датчика (датчик MRE) или датчика Холла (см. изображение справа). Работа этого датчика показана на странице датчик Холла описано. Последний датчик используется для магнитного кольца ABS, которое находится в колесный подшипник обрабатывается.

Сигналы индуктивных датчиков и датчиков Холла можно использовать с осциллограф измеряются. Примеры этих измерений показаны и описаны ниже.

Индуктивный датчик скорости:
Индуктивный датчик скорости состоит из постоянного магнита с обмоткой вокруг него. Напряженность магнитного поля изменяется, когда зуб зубчатого венца (прикрепленный к приводному валу) перемещается через магнитное поле постоянного магнита. Изменение магнитного поля вызывает появление напряжения в катушке. Каждый период сигнала скорости соответствует прохождению зуба мимо датчика. Количество зубьев на кольце и скорость вращения приводного вала определяют частоту и амплитуду сигнала.

Датчик Холла:
Также у магниторезистивного датчика (датчика MRE), или датчика Холла, вдоль датчика перемещается металлическое кольцо с магнитами. Магнитное кольцо расположено на приводной вал или в нем подшипник колеса. Частота напряжения блока зависит от скорости вращения и количества зубьев металлического кольца. Амплитуда (высота сигнала) остается прежней.

Для работы датчиков MRE требуется источник питания. Однако эти датчики часто имеют только два провода (и, следовательно, два соединения). Датчик передает сигнал на блок управления ABS через отрицательный провод. Сигнал формируется потому, что электрическое сопротивление полупроводниковых пластин изменяется при воздействии на них изменяющегося магнитного поля.

Сигналы от датчиков скорости передаются в блок управления ABS. Сигналы от четырех колес сравниваются между собой. Когда автомобиль проезжает поворот, скорость колес на внутреннем повороте будет ниже, чем скорость колес на внешнем повороте. Это измерено, но, конечно, в пределах нормы.
Если во время торможения скорости различаются слишком сильно, блок управления ABS позаботится о том, чтобы гидравлический блок снизил тормозное давление на соответствующее колесо (слишком сильное торможение). Если во время ускорения разница скоростей слишком велика, система управления двигателем резко снизит мощность двигателя.

При неисправностях в системе ABS сигналы можно измерить осциллографом. Их можно измерить не только за рулем, но и на устройстве управления. Измерив за рулем, вы можете проверить, правильно ли работают датчики ABS. При проведении замеров на блоке управления можно исключить, является ли причиной неисправности неисправная проводка.
Во время измерения можно проверить правильность частоты и амплитуды индуктивного датчика. С помощью датчика Холла вы можете проверить правильность частоты сигнала во время вращения колеса. Для этого проверните колесо на полные обороты, чтобы можно было быстро выявить любые дефекты зубьев. При поврежденных зубьях будет видно отклонение в чистоте сигналов датчика (представьте себе, что при каждом вращении частота становится шире, чем предполагалось).

Гидроагрегат:
На изображении внизу слева показан гидрогенератор со встроенным устройством управления. Это видно, в том числе, по большому количеству контактов в штекерном соединении.
Здесь же видны соединения трубок от главного тормозного цилиндра и к колесам. В этот насосный агрегат встроены отдельные тормозные контуры (левый передний и правый задний и правый передний и левый задний).

Когда разбираем гидроблок, видим блок клапанов. Изображение внизу справа показывает внутреннюю часть гидрогенератора.

Гидравлический контур:
На приведенной ниже гидравлической схеме показаны компоненты внутри и вокруг гидравлического блока. Чтобы понять принцип работы, детали и символы, см. основные принципы гидравлики консультируются.
Схема ниже нарисована для одного колеса. Номера 5, 6 и 9 являются внутренними. В другом колесе используются те же компоненты, за исключением клапанов 2/2 (6), только с другими соединениями. Другими словами, если бы была нарисована схема всего автомобиля, рядом с ним было бы шесть клапанов 2/2, каждый со своими патрубками. Для ясности теперь показана схема только для одного тормозного контура.

Ситуация 1: При отсутствии и стабильном торможении:
На диаграмме справа показана ситуация при отсутствии и стабильном торможении. Педаль тормоза (2) нажимается, в результате чего давление жидкости создается со стороны главного тормозного цилиндра (4) на левом 2/2-клапане (6). Этот 2/2-клапан имеет открытое соединение с тормозным суппортом (7). Поскольку давление жидкости в тормозном суппорте увеличивается, тормозные колодки будут прижиматься к тормозному диску. Затем будут задействованы тормоза. Датчик скорости (8) регистрирует количество оборотов колеса.

Ситуация 2: ABS активна, поддерживайте тормозное давление:
На этой диаграмме показана ситуация, когда происходит резкое торможение и замедление колес слишком велико. Датчик ABS на тормозе передал на вывод 5 блока управления сигнал скорости, который ниже, чем у остальных колес. Блок управления реагирует на это и замыкает систему на тормозной суппорт.
Делается это следующим образом: на контакт 3 устройства управления подается определенный ток, который подает питание на электромагнитный клапан левого 2/2 клапана. Клапан сдвигается влево против силы пружины. Это блокирует доступ новой тормозной жидкости к тормозному суппорту. Правый 2/2-клапан остается в том же положении, поэтому тормозная жидкость не может попасть в тормоз или вернуться обратно. Это поддерживает постоянное давление. Блок управления еще раз проверяет, не слишком ли сильно отличается разница скоростей рассматриваемого колеса и других колес. Если взаимная разница скоростей минимальна или разница скоростей больше не существует, поскольку тормозное давление поддерживается постоянным, блок управления снова снимает ток с контакта 3. 2/2-клапан возвращается в исходное положение, так что снова применяется ситуация 1. Если разница скоростей не меняется или даже становится больше, тормозное давление соответствующего колеса необходимо уменьшить. Это происходит в ситуации 3.

Ситуация 3: ABS активна, уменьшите тормозное давление:
Для снижения тормозного давления тормозную жидкость необходимо откачать в магистраль между 2/2-клапаном и тормозным суппортом. Это сделано на схеме выше.
Теперь на контакт 4 также подается питание, так что правый 2/2 клапан находится под напряжением. Теперь он также перемещен в левое положение, освобождая проход между тормозным суппортом и гидравлическим насосом. В это время двигатель насоса включится и перекачает тормозную жидкость из тормозного суппорта в главный цилиндр. Теперь жидкость перекачивается обратно в бачок против силы главного тормозного цилиндра. Давление уменьшится, и колесо снова начнет вращаться.

В итоге:
Ситуация 1 применима при движении и легком торможении. Во время торможения, когда колесо угрожает блокировкой, ситуация 2 и когда давление необходимо уменьшить из-за блокировки колеса, ситуация 3. Во время торможения ситуация будет постоянно меняться. Если применяется ситуация 3, когда тормозная жидкость откачивается из тормоза, колесо необходимо снова затормозить. В противном случае автомобиль не сможет тормозить достаточно сильно. Затем водитель снова переключается на ситуацию 1, затем снова на ситуацию 2 и снова на ситуацию 3. Это происходит до тех пор, пока водитель не перестанет тормозить или пока он или она не начнет движение по другой поверхности, например, более жесткой (с более высоким коэффициентом трения). .

Цикл управления АБС:
На графике ниже показан цикл управления ABS. Были добавлены различные факторы, такие как скорость автомобиля (A) со скоростью колеса, ускорение по окружности колеса (B), активность системы (C) и тормозное давление (D).
График также разделен на 9 временных периодов. Изменения видны в каждом периоде, поскольку система корректируется. Общий период времени составляет примерно 20 миллисекунд и разделен на 9 неравных частей. Под графиком приведено объяснение линий.

A: Черная линия — это скорость автомобиля, зеленая линия — скорость колеса, а красная линия — эталонная скорость. Скорость автомобиля уменьшается (период 1), но скорость вращения колес снижается гораздо быстрее. Красная опорная линия обрезана. Когда зеленая линия оказывается ниже красной линии (из периода 2), может произойти пробуксовка колес. Поэтому ABS вмешается.

B: Линия указывает ускорение по окружности колеса. Пример: поворачивая колесо и медленно замедляясь, линия B остается близкой к нулевой линии. Если теперь поворачивать колесо с той же скоростью и тормозить более резко, линия будет продолжаться дальше вниз. Это также происходит при наборе скорости; очень быстро поворачивая руль от 0 до 10 км/ч, линия взлетит вверх, если вам потребуется 5 секунд, чтобы повернуть колесо от 0 до 10 км/ч. Короче говоря, это ускорение по окружности колеса.

C: Эта линия указывает, где давление в системе стабилизируется; АБС при этом работает. Если линия C имеет низкий уровень (на нулевой линии), система ABS не работает. В периоде 7 АБС управляется пульсирующим образом, чтобы скорость вращения колес не снижалась слишком быстро.

D: Эта линия указывает тормозное давление. Тормозное давление увеличивается до тех пор, пока зеленая линия скорости колеса (А) не пересечет красную контрольную линию. ABS вступает в работу (C) и следит за тем, чтобы ускорение по окружности колеса не становилось слишком низким. Ускорение окружности колеса находится на нулевой линии в периоде 4; именно в тот момент, когда скорость колеса в (А) переходит от отрицательной к положительной. Давление в это время поддерживается постоянным. В периоде 7 отчетливо виден пульсирующий контроль. Тормозное давление теперь осторожно увеличивается, чтобы колесо не тормозило слишком быстро.

Принципы контроля для предотвращения µ-раскола:
Используя эту информацию, АБС можно настроить индивидуально для каждого колеса. Датчики скорости вращения колес фиксируют скорость каждого колеса. Это необходимо, поскольку во всех ситуациях максимально достижимый коэффициент трения необходимо сопоставлять с управляемостью автомобиля. Когда автомобиль движется левыми колесами по сухому асфальту, а правыми колесами по мягкой обочине и тормоза задействуются с полным тормозным усилием, автомобиль потеряет управление и развернется вокруг своей оси. Разница в тормозной силе между колесами на асфальте и на льду вызывает рыскающий момент, вызывающий отклонение от курса. Эта ситуация называется ситуацией µ-расщепления. µ произносится как «му». Чтобы предотвратить этот сценарий, применяется ряд принципов контроля:

Индивидуальное управление (IR): тормозное давление устанавливается на максимальный коэффициент трения каждого колеса. Это может вызвать большие моменты рыскания, но при этом достигаются максимальные тормозные силы.
Система выбора низкого уровня (SL): колесо с наименьшим коэффициентом трения определяет тормозное давление для другого колеса. Максимально достижимая тормозная сила не используется, а момент рыскания невелик.
Управление выбором высокого уровня (SH): колесо с самым высоким коэффициентом трения определяет тормозное давление для другого колеса. Схема выбора высокого уровня используется только для схем ASR.
Интеллектуальный выбор или модифицирующее управление: во время торможения управление меняется с выбора низкого уровня на индивидуальное управление. Это позволяет достичь компромисса между моментами рыскания и максимальными тормозными силами. Эту схему часто применяют на коммерческих автомобилях.

Обычно тормозная система легкового автомобиля разделена по диагонали (поперечно-влево). Пример этого показан на изображении ниже. Здесь показана красная тормозная система для левой передней и правой задней части и синяя тормозная система для правой передней и левой задней части.

Тормоза передних колес управляются индивидуальным управлением (IR). Тормозное давление одного переднего колеса устанавливается равным максимальному коэффициенту трения другого переднего колеса. Во время экстренной остановки передние колеса индивидуально ищут максимально достижимое тормозное усилие.
Тормоза задних колес управляются по принципу select low (SL). Отрегулированное тормозное давление заднего колеса с наименьшим коэффициентом трения определяет тормозное давление другого заднего колеса. Тормозной момент обоих задних колес останется одинаковым.

Размеры автомобиля с АБС и без:
Чтобы получить представление о влиянии системы АБС на автомобиль, в этом разделе приведены два графика измерений, демонстрирующие разницу между торможением автомобиля без АБС и с АБС.

Скорость автомобиля относительно скорости вращения колес без ABS:
График справа показывает скорость автомобиля в сравнении со скоростью колеса.
С момента t = 0 секунд скорость автомобиля составляет 15 метров в секунду. В этот момент педаль тормоза выжимается до максимума. Скорость автомобиля уменьшается линейно до 0 м/с между
t = 2,75 и 3,00 секунды. Скорость колеса полностью падает до 0,5 м/с между t = 1,0 и 0 секунды. Это означает, что колесо уже имеет скорость 0 м/с, поэтому оно неподвижно, в то время как автомобиль все еще движется. В этот момент колесо блокируется. Колесо скользит по поверхности дороги, когда автомобиль еще не стоит на месте. В этой ситуации АБС не работает.

Скорость автомобиля относительно скорости вращения колес с ABS:
На графике справа та же синяя линия; при скорости автомобиля 15 м/с максимальное торможение применяется до 0 м/с. Это снова происходит через 3 секунды. Теперь, когда работает АБС, красная линия в момент t = 0,3 секунды не падает до 0 м/с, но скорость колеса снова увеличивается. Это видно по красной линии, которая сначала идет вниз, а затем снова поднимается незадолго до момента t = 0,5 секунды. Тормозное давление снижается системой ABS на скорости 7,5 м/с. Скорость остальных колес равна скорости автомобиля и, следовательно, синей линии. Датчик ABS левого переднего колеса регистрирует замедление. Компьютер ABS распознает разницу в скорости и вмешивается. Тормозное давление снижается с помощью гидравлического блока до тех пор, пока синяя и красная линии снова не станут одинаковыми. В этот момент тормозное давление снова поддерживается постоянным. Пока автомобиль не остановится, АБС продолжает контролировать скорость буксующего колеса.

Давление в главном тормозном цилиндре по сравнению с колесным тормозным цилиндром без АБС:
Усилие, действующее на педаль тормоза, преобразуется в тормозное давление в главном тормозном цилиндре посредством вытеснения жидкости. Это тормозное давление показано на графике ниже синей линией.
Независимо от того, буксует колесо или нет, тормозное давление в колесном тормозном цилиндре (красная линия) остается таким же, как давление в главном тормозном цилиндре. Вот такая ситуация без АБС.

Давление в главном тормозном цилиндре по сравнению с колесным тормозным цилиндром с АБС:
В ситуации, когда срабатывает АБС, давления в главном тормозном цилиндре и в колесном тормозном цилиндре уже не равны. Давление в главном тормозном цилиндре остается высоким, поскольку водитель удерживает педаль тормоза нажатой. На графике красная линия уменьшается при t = 0,3 секунды; здесь АБС снижает тормозное давление. Уменьшение тормозного давления заставляет колесо снова катиться. Начиная с t = 0,4 секунды, тормозное давление снова постепенно увеличивается до тех пор, пока скорость колеса не станет такой же, как и у других колес. Это имеет место при t = 2,35 секунды.