ABS

Предмети:

Історія
Дуель
Операція
Датчики швидкості
Гідроагрегат
Гідравлічний контур
Цикл керування ABS
Принципи контролю для запобігання µ-розщеплення
Заміри автомобіля з ABS і без

історія:
ABS (абревіатура від Anti-lock Braking System) Ще в 1961 році виробник шин Dunlop успішно експериментував з ABS на гоночному боліді Ferguson P99 Формули-1. Це приблизно за чотирнадцять років до того, як щось подібне було представлено на «звичайних» автомобілях. Зараз всі нові автомобілі оснащені ABS.

Мета:
Метою ABS є використання максимального зчеплення між шиною та дорожнім покриттям під час руху. ABS також забезпечує стабільність руху. Це включає:

Стійкість кермування: коли активовано ABS, автомобіль залишається керованим. При пробуксовці колеса транспортний засіб ковзає в одному напрямку і рухи керма не можуть бути передані на дорожнє покриття.
Курсова стійкість: якщо колесо заблокується, транспортний засіб може прийняти інший курс. Наприклад, блокування заднього колеса може спричинити обертання транспортного засобу навколо своєї осі, внаслідок чого автомобіль опиниться на дорозі задом наперед.

Операція:
За гальмування коліс відповідає гальмівна система. Ні в якому разі не можна блокувати колесо, бо тоді воно втратить зчеплення з дорожнім покриттям. Тоді колесо ковзає по асфальту, що означає, що рухи керма більше не можуть бути передані. У цьому випадку автомобіль стає некерованим. Система ABS запобігає блокуванню колеса.
Коли колесо загрожує блокуванням, система ABS забезпечує зниження гальмівного тиску (тиск гальмівної рідини на гальмівні циліндри коліс) на відповідному колесі. У цей момент неважливо, як сильно ви натиснете ногою на педаль гальма. Система ABS регулює гальмівний тиск, щоб колесо не пробуксувало. У певний момент система ABS поступово знову наростить тиск, тому що колесо, звичайно, має бути максимально загальмовано. Це продовжується до тих пір, поки знову не буде досягнуто межі ковзання; потім тиск знову знижується. Цей процес займає кілька мілісекунд. Після цього можна відчути вібрацію педалі гальма. Часто чути насос ABS.

На зображенні нижче показано огляд компонентів системи ABS.

На зображенні вище показано дві червоні труби. Вони проходять від головного гальмівного циліндра до гідравлічного блоку. Гідроагрегат - інше слово для насоса ABS. Дві червоні лінії мають відношення до окремої гальмівної системи; лівий передній із правим заднім і правий передній із лівим заднім. Наприклад, якщо є витік на лівому передньому колесі, що спричиняє витік усієї гальмівної рідини, ви все ще можете гальмувати іншим гальмівним контуром. Помаранчеві труби проходять від гідроагрегату до всіх коліс. У гідравлічному блоці гальмівне зусилля можна регулювати для кожного колеса.

На кожному колесі встановлений датчик швидкості. Це дозволяє безперервно контролювати швидкість усіх чотирьох коліс. Сині лінії - сигнальні дроти, підключені до датчика швидкості. Від кожного колеса до блоку управління йде сигнальний дріт. Також на блок управління надходять сигнали від педалі гальма і від гідроблоку. У зображеному автомобілі він розташований під сидінням, у салоні автомобіля. Сьогодні все частіше можна зустріти, що блок керування приєднується до гідравлічного блоку. Тоді це одне ціле. Якщо в системі сталася несправність, наприклад через несправний або забруднений датчик, несправний кабель або несправність гідравлічного блоку, на панелі приладів засвітиться індикатор несправності. Потім несправність можна буде зчитати за допомогою діагностичного обладнання.

Датчики швидкості:
На зображенні нижче показаний індуктивний датчик швидкості у встановленому стані. Це фото стойки McPherson на передній підвісці. Тут же можна побачити зубчастий вінець, де датчик вимірює швидкість.

Датчик ABS може бути розроблений як індуктивний датчик (див. зображення вище), або як магніторезистивний датчик (датчик MRE), або датчик Холла (див. зображення праворуч). Робота цього датчика показана на сторінці Датчик Холла описано. Останній датчик використовується для магнітного кільця ABS, яке знаходиться в підшипник колеса обробляється.

Сигнали від індуктивних датчиків і датчиків Холла можна використовувати з осцилограф вимірюються. Приклади цих вимірювань показані та описані нижче.

Індуктивний датчик швидкості:
Індуктивний датчик швидкості складається з постійного магніту з котушкою навколо нього. Напруженість магнітного поля змінюється, коли зуб зубчастого кільця (прикріпленого до приводного валу) рухається через магнітне поле постійного магніту. Зміна магнітного поля призводить до появи напруги в котушці. Кожен період у сигналі швидкості відповідає проходженню зуба повз датчик. Кількість зубів на кільці і частота обертання приводного вала визначають частоту і амплітуду сигналу.

Датчик Холла:
Також з магніторезистивним датчиком (датчик MRE), або датчиком Холла, металеве кільце з магнітами рухається вздовж датчика. Магнітне кільце розташоване на Привідний вал автомобіля або в ньому підшипник колеса. Частота напруги блоку залежить від швидкості обертання і кількості зубів металевого кільця. Амплітуда (висота сигналу) залишається незмінною.

Для роботи датчиків MRE потрібне джерело живлення. Проте ці датчики часто мають лише два дроти (і, отже, два з’єднання). Датчик подає сигнал на блок управління ABS через мінусовий кабель. Сигнал утворюється через те, що електричний опір напівпровідникових пластин змінюється під час впливу на них змінного магнітного поля.

Сигнали від датчиків швидкості передаються на блок управління ABS. Сигнали від чотирьох коліс порівнюються між собою. Коли автомобіль проїжджає через поворот, швидкість коліс на внутрішньому повороті буде нижчою, ніж швидкість коліс на зовнішньому повороті. Це виміряно, але, звичайно, знаходиться в межах.
Якщо швидкості під час гальмування сильно відрізняються, блок керування ABS подбає про те, щоб гідравлічний блок зменшив гальмівний тиск на відповідне колесо (занадто різке гальмування). Якщо під час розгону буде занадто велика різниця в швидкості, потужність двигуна буде різко знижена системою керування двигуном.

У разі несправності в системі ABS сигнали можна виміряти за допомогою осцилографа. Їх можна виміряти на кермі, а також на контрольному пристрої. Вимірюючи на кермі, можна перевірити, чи належним чином працюють датчики ABS. Після проведення вимірювань на блоці керування можна виключити, чи несправна проводка є причиною несправності.
Під час вимірювання можна перевірити, чи правильні частота та амплітуда індуктивного датчика. За допомогою датчика Холла ви можете перевірити, чи правильна частота сигналу під час обертання колеса. Для цього поверніть колесо на повний оберт, щоб можна було швидко виявити будь-які дефекти в зубах. З пошкодженими зубами буде видно відхилення в чистоті сигналів датчика (подумайте про частоту, яка є ширшою за заплановану з кожним обертом).

Гідроагрегат:
На зображенні внизу зліва показано гідрогенератор із вбудованим пристроєм керування. Це видно, серед іншого, з великої кількості контактів у штепсельному з'єднанні.
Тут також видно з’єднання трубок від головного гальмівного циліндра до коліс. Окремі контури гальмування (лівий передній із правим заднім і правий передній із лівим заднім) включені в цей насосний агрегат.

Коли розбираємо гідроблок, видно клапанний блок. На зображенні внизу праворуч показана внутрішня частина гідрогенератора.

Гідравлічний контур:
На гідравлічній схемі нижче показані компоненти гідравлічного блоку та навколо нього. Щоб зрозуміти роботу, частини та символи, сторінку основні принципи гідравліки консультуються.
Схема нижче намальована для одного колеса. Числа 5, 6 і 9 є внутрішніми. Інше колесо використовує ті самі компоненти, за винятком 2/2 клапанів (6), тільки з іншими з’єднаннями. Іншими словами, якщо намалювати схему повністю автомобіля, то поруч з ним буде шість 2/2 клапанів, кожен зі своїми трубами. Щоб було зрозуміло, зараз показано лише схему для одного гальмівного контуру.

Ситуація 1: Без стабільного гальмування:
На діаграмі праворуч показана ситуація з відсутнім і стійким гальмуванням. Педаль гальма (2) натискається, що призводить до того, що головний гальмівний циліндр (4) створює тиск рідини на лівий 2/2 клапан (6). Цей 2/2 клапан має відкрите з’єднання з гальмівним супортом (7). Оскільки тиск рідини в гальмівному супорті збільшується, гальмівні колодки будуть притискатися до гальмівного диска. Після цього будуть застосовані гальма. Датчик швидкості (8) реєструє кількість обертів колеса.

Ситуація 2: ABS увімкнена, підтримуйте гальмівний тиск:
Ця діаграма показує ситуацію, коли відбувається різке гальмування і уповільнення колеса занадто велике. Датчик ABS на гальмі передав сигнал швидкості на клему 5 блоку керування, яка нижча, ніж у інших коліс. Блок управління реагує на це і замикає систему на гальмівний супорт.
Це робиться наступним чином: на висновок 3 пристрою керування подається певний струм, який живить електромагнітний клапан на лівому 2/2 клапані. Клапан штовхається вліво проти сили пружини. Це блокує доступ нової гальмівної рідини до гальмівного супорта. Правий 2/2 клапан залишається в тому ж положенні, тому жодна гальмівна рідина не може потрапити до гальма або повернутися. Це підтримує постійний тиск. Блок керування знову перевіряє, чи різниця в швидкості між відповідним колесом та іншими колесами не надто відрізняється. Якщо взаємна різниця швидкостей мінімальна або більше немає різниці швидкостей, оскільки гальмівний тиск підтримується постійним, блок керування знову прибере струм із контакту 3. Клапан 2/2 повертається у вихідне положення, тому ситуація 1 застосовується знову. Якщо різниця швидкостей не змінюється або навіть збільшується, необхідно зменшити гальмівний тиск відповідного колеса. Це відбувається в ситуації 3.

Ситуація 3: ABS увімкнена, зменшіть гальмівний тиск:
Щоб знизити гальмівний тиск, гальмівну рідину необхідно відкачати в лінію між 2/2 клапаном і гальмівним супортом. Це зроблено на схемі вище.
Тепер на контакт 4 також подається живлення, так що правий 2/2 клапан знаходиться під напругою. Тепер він також переміщується в ліве положення, звільняючи прохід між гальмівним супортом і гідравлічним насосом. У цей час двигун насоса почне обертатися і перекачувати гальмівну рідину від гальмівного супорта до головного циліндра. Тепер рідина закачується назад у резервуар проти зусилля головного гальмівного циліндра. Тиск зменшується, і колесо знову починає обертатися.

Підсумовуючи:
Ситуація 1 застосовується під час руху та легкого гальмування. Під час гальмування, коли колесо загрожує блокуванням, ситуація 2, і коли тиск необхідно зменшити через блокування колеса, ситуація 3. Під час гальмування ситуація постійно змінюватиметься. Якщо застосовна ситуація 3, коли гальмівна рідина викачується з гальма, колесо потрібно знову загальмувати. Інакше транспортний засіб не зможе гальмувати достатньо сильно. Потім водій повертається до ситуації 1, потім знову до ситуації 2 і потім знову до ситуації 3. Це відбувається до тих пір, поки водій не припинить гальмувати або поки він або вона не поїде по іншій поверхні, яка є, наприклад, жорсткішою (вищий коефіцієнт тертя). .

Цикл керування ABS:
На графіку нижче показано цикл керування ABS. Були додані різні фактори, такі як швидкість автомобіля (A) зі швидкістю коліс, прискорення окружності коліс (B), активність системи (C) і гальмівний тиск (D).
Графік також поділено на 9 періодів часу. Зміни помітні в кожному періоді, тому що система налаштована. Загальна тривалість періоду становить приблизно 20 мілісекунд і ділиться на 9 нерівних частин. Під графіком є пояснення ліній.

A: Чорна лінія – це швидкість транспортного засобу, зелена лінія – швидкість колеса, а червона – опорна швидкість. Швидкість автомобіля зменшується (період 1), але швидкість колеса зменшується набагато швидше. Червона опорна лінія розрізана. Коли зелена лінія закінчується нижче червоної лінії (з періоду 2), колесо може пробуксовувати. Тому втрутиться система ABS.

B: Лінія вказує на прискорення окружності колеса. Приклад: повертаючи колесо та повільно сповільнюючи швидкість, лінія B залишається близькою до нульової лінії. Повертаючи колесо з такою ж швидкістю та сильніше гальмуючи, лінія буде продовжуватися далі вниз. Це також відбувається під час розгону; дуже швидко обертаючи колесо від 0 до 10 км/год, лінія підніметься далі, якщо вам знадобиться 5 секунд, щоб повернути колесо від 0 до 10 км/год. Коротше кажучи, це прискорення окружності колеса.

C: Ця лінія вказує на те, де стабілізується тиск в системі; тоді працює ABS. Якщо лінія C є низькою (на нульовій лінії), система ABS не працює. У період 7 ABS регулюється пульсуюче, щоб швидкість обертання коліс не зменшувалася занадто швидко.

D: Ця лінія вказує на гальмівний тиск. Гальмівний тиск зростає, доки зелена лінія швидкості колеса (A) не перетнеться з червоною опорною лінією. Спрацьовує система ABS (C) і гарантує, що прискорення коліс не стане надто низьким. Прискорення окружності колеса знаходиться на нульовій лінії в період 4; саме в той момент, коли швидкість колеса в (A) змінюється від негативної до позитивної. Тиск при цьому залишається постійним. У 7 період чітко видно пульсуючий контроль. Тепер гальмівний тиск обережно збільшується, щоб колесо не гальмувало надто швидко.

Принципи контролю для запобігання µ-розщеплення:
За допомогою цієї інформації ABS можна налаштувати окремо для кожного колеса. Датчики обертів коліс фіксують швидкість кожного колеса. Це необхідно, тому що в будь-якій ситуації максимально досяжний коефіцієнт тертя повинен бути зважений із керованістю автомобіля. Коли транспортний засіб їде лівими колесами по сухому асфальту, а правими колесами — по м’якому узбіччю, а гальма застосовуються з повним гальмівним зусиллям, транспортний засіб втрачає контроль і повертається на свою вісь. Різниця в гальмівній силі коліс на асфальті і на льоду викликає момент відхилення, що викликає відхилення від курсу. Ця ситуація називається ситуацією µ-розщеплення. µ вимовляється як «мю». Щоб запобігти цьому сценарію, застосовуються кілька принципів контролю:

Індивідуальний контроль (IR): гальмівний тиск встановлюється на максимальний коефіцієнт тертя кожного колеса. Це може спричинити високі моменти повороту, але досягається максимальне гальмівне зусилля.
Контроль вибору низького рівня (SL): колесо з найнижчим коефіцієнтом тертя визначає гальмівний тиск для іншого колеса. Максимально досяжна гальмівна сила не використовується, але момент повороту низький.
Вибір високого контролю (SH): колесо з найвищим коефіцієнтом тертя визначає гальмівний тиск для іншого колеса. Схема select-high використовується лише для схем ASR.
Інтелектуальне або модифіковане керування: під час гальмування керування змінюється з низького вибору на індивідуальне. Це дозволяє досягти компромісу між поворотними моментами та максимальними гальмівними зусиллями. Ця схема часто застосовується до комерційного транспорту.

Зазвичай гальмівна система легкового автомобіля розділена по діагоналі (поперечно-ліворуч). Приклад цього показано на зображенні нижче. Це показує червону гальмівну систему для лівої передньої та правої задньої частини та синю гальмівну систему для правої передньої та лівої задньої частини.

Гальма передніх коліс управляються індивідуальним керуванням (IR). Гальмівний тиск одного переднього колеса встановлюється на максимальний коефіцієнт тертя іншого переднього колеса. Під час аварійної зупинки передні колеса індивідуально шукатимуть максимально досяжне гальмівне зусилля.
Гальма задніх коліс управляються за принципом select low (SL). Скоригований гальмівний тиск заднього колеса з найменшим коефіцієнтом тертя визначає гальмівний тиск іншого заднього колеса. Гальмівний момент обох задніх коліс залишиться незмінним.

Розміри автомобіля з ABS і без:
Щоб отримати гарне уявлення про вплив системи ABS на автомобіль, у цьому розділі показано два графіки вимірювань, які демонструють різницю між гальмівним транспортним засобом без і з ABS.

Швидкість автомобіля відносно швидкості коліс без ABS:
Графік праворуч показує швидкість автомобіля в порівнянні зі швидкістю колеса.
З t = 0 секунди швидкість автомобіля становить 15 метрів за секунду. У цей момент педаль гальма натискається максимально. Швидкість автомобіля зменшується лінійно до 0 м/с між ними
t = 2,75 і 3,00 секунди. Швидкість колеса повністю падає до 0,5 м/с між t = 1,0 і 0 секундами. Це означає, що колесо вже має швидкість 0 м/с, тому воно нерухоме, а транспортний засіб все ще рухається. У цей момент колесо блокується. Колесо ковзає по дорозі, коли автомобіль ще не стоїть. У цій ситуації ABS не працює.

Швидкість автомобіля відносно швидкості коліс з ABS:
На графіку праворуч синя лінія однакова; при швидкості транспортного засобу 15 м/с максимальне гальмування застосовується до 0 м/с. Це знову відбувається через 3 секунди. Тепер, коли АБС працює, червона лінія при t = 0,3 секунди не опускається до 0 м/с, але швидкість колеса знову збільшується. Це можна побачити з червоної лінії, яка спочатку йде вниз і знову піднімається незадовго до t = 0,5 секунди. Гальмівний тиск знижується ABS на швидкості 7,5 м/с. Швидкість інших коліс дорівнює швидкості автомобіля, а отже, синій лінії. Датчик ABS лівого переднього колеса фіксує уповільнення. Комп’ютер ABS розпізнає різницю в швидкості, змушуючи його втрутитися. Гальмівний тиск зменшується за допомогою гідравлічного блоку, доки синя та червона лінії знову не збігаються. У цей момент гальмівний тиск знову залишається постійним. Доки автомобіль не зупиниться, ABS продовжує контролювати швидкість пробуксовочного колеса.

Тиск у головному гальмівному циліндрі порівняно з колісним гальмівним циліндром без ABS:
Зусилля, що діє на педаль гальма, перетворюється на гальмівний тиск у головному гальмівному циліндрі за допомогою витіснення рідини. Цей гальмівний тиск показано на графіку нижче синьою лінією.
Незалежно від того, буксує колесо чи ні, гальмівний тиск у колісному гальмівному циліндрі (червона лінія) залишається таким самим, як і тиск у головному гальмівному циліндрі. Тож така ситуація без АБС.

Тиск у головному гальмівному циліндрі порівняно з колісним гальмівним циліндром з ABS:
У ситуації, коли спрацьовує ABS, тиск у головному гальмівному циліндрі та в колісному гальмівному циліндрі більше не є рівними. Тиск у головному гальмівному циліндрі залишається високим, оскільки водій утримує педаль гальма натиснутою. На графіку червона лінія зменшується при t = 0,3 секунди; тут ABS знижує гальмівний тиск. Зниження гальмівного тиску змушує колесо знову котитися. Починаючи з t = 0,4 секунди, гальмівний тиск знову поступово збільшується, поки швидкість колеса не стане такою ж, як і інших коліс. Це має місце при t = 2,35 секунди.