Изучаем abs: последний шанс

В чем секрет работы ABS

Важно знать по какому принципу работает АБС, ведь она имеет тесную связь с системой управления, а это значит, что соответственно и с уровнем безопасности автоводителя и пассажира. Итак, основная идея работы системы состоит в том, что когда водитель жмет педаль тормоза, происходит мгновенный контроль, а также на колеса перераспределяется тормозное усилие

Посредством этого, автомашина управляема в любых условиях, и достигается эффект снижения скорости. Однако нельзя полагаться только на различные дополнительные системы потому, что водителю следует освоить собственный автомобиль – длину тормозного пути и поведение в экстренных ситуациях. Рекомендуется протестировать способности автомобиля на специализированных автодромах, для того, чтобы в будущем предотвратить щекотливые ситуации на дороге.

Еще существуют некоторые особенности работы АБС. Например, когда шофер решил прекратить движение автомашины, оснащенной системой ABS, то при нажатии педали тормоза ощущается легкая вибрация на педали, и может слышатся сопровождающий звук похожий на «трещотку». Вибрация и звук – это признак того, что система заработала. Тем временем датчики выполняют считывание показателей скорости, а блок управления обеспечивает контроль давления внутри тормозных цилиндров. Таким образом, не позволяет блокировку колес, а притормаживает быстрыми рывками. Благодаря этому, обороты автомобиля падают, и при этом не идет в занос, что позволяет управлять транспортным средством до самой остановки. Даже при скользкой дороге, с системой ABS, водителю необходимо только держать под контролем направление автомобиля. Такое идеальное и управляемое торможение возможно только благодаря системе АБС.

Следует подчеркнуть следующие этапы действия:

1. Сбрасывание давления в тормозном цилиндре.
2. Поддержка беспрерывного давления в цилиндре.
3. Увеличение давления до соответствующего уровня в самом тормозном цилиндре.

Важно знать, что гидроблок в транспортном средстве монтируется в тормозную систему подряд прямо после главного тормозного цилиндра. Что касается электромагнитного клапана, то это – своеобразный кран, который впускает и блокирует приток жидкого вещества к самим тормозным цилиндрам

Контролирование, а также рабочие процессы системы торможения автомашины выполняются в согласии с информацией, которая поступила на блок управления АБС от скоростных датчиков.

При процессе торможения, ABS расшифровывает информацию с датчиков частоты вращения колес, благодаря которой равномерно падает скорость транспортного средства. В случае остановки любого колеса, сигнал моментально отправляется с датчиков скорости к блоку управления. Приняв такой сигнал, модуль управления снимает блокировку благодаря активации выпускного клапана, который блокирует вход жидкого вещества в колесный тормозной цилиндр. В этот момент насос возвращает жидкость в гидроаккумулятор. Когда обороты колеса увеличатся до допустимой скорости, то блок управления даст команду прикрыть выпускной и открыть впускной клапан. После этого запускается насос, который будет нагнетать давление в тормозной цилиндр, в результате чего колесо будет дальше притормаживать. Эти процессы осуществляются мгновенно, и длятся до окончательной остановки транспортного средства.

Обсуждаемая суть работы АБС, представляет самую новую четырехканальную систему, в которой происходит контроль всех колес транспортного средства.

Устройство и принцип работы ABS

Сюда входят такие основные компоненты
:

• датчики замедления или скорости, устанавливаемые на ступицу машины;
• набор клапанов управления, выступающих в качестве вспомогательных элементов для модулятора, отвечающего за давление. Они впрессованы в шланги магистрали, где находится тормозная жидкость. При этом их интегрируют во все контуры;
• блок управления, который получает и обрабатывает сигналы, поступающие с сенсоров. Исходя из полученных сведений, он самостоятельно управляет работой клапанов в режиме реального времени.

В процессе движения транспортного средства колеса имеют неподвижное пятно контакта относительно полотна дороги. Другими словами, колесо сталкивается с силой трения в режиме покоя. Поскольку она является большей, если сравнивать ее с силой трения при скольжении, в процессе замедления колес, прокручивающихся с идентичной скорости движения величиной, остановка становится более быстрой, если сравнивать с остановкой колес, которые проскальзывают. Параллельно следует отметить, что при срыве одного или нескольких колес на машине в скольжение, возникают повышенные шансы на потерю управления.

Как только начинается торможение, ABS начинает постоянно, при этом довольно точно фиксировать скорость вращения каждого колеса. Поскольку спидометр обычно учитывает интенсивность эксплуатации незадействованной в разгоне колесной пары, ABS не подключается к нему. Ведь если автомобиль переднеприводный, достаточно нажать на ручник, чтобы сбить с толку все датчики. Именно по этой причине сенсоры интегрированы в каждую ступицу колеса по отдельности. Если какое-либо колесо будет вращаться со значительно меньшей скоростью
в сравнении с другими (что свидетельствует о пребывании в состоянии, приближенному к блокированию), внутренние клапаны магистрали уменьшают величину тормозного усилия на выбранное колесо. После восстановления нормальной скорости его вращения, система самостоятельно возобновляет оптимальный уровень тормозного усилия.

Рассмотренная выше процедура может продолжаться более 20 раз за одну секунду. В подавляющем большинстве машин подобное поведение сенсоров приводит к тому, что тормозная педаль начинает пульсировать. Соответственно, водитель самостоятельно понимает, когда именно антиблокировочная система автоматически срабатывает.

Примечательно, что передача тормозного усилия способна регулироваться в тормозной системе целиком, либо на одном из контуров. В современных транспортных средствах
мониторингу подлежит отдельное колесо. Исходя из подобного поведения, систему принято разделять на:

• одноканальную – анализируется вся магистраль;
• двухканальную – анализируется один из бортов;
• многоканальную – каждое колесо ограничивается индивидуально.

Одноканальная
система характеризуется достаточно эффективным уровнем замедления, но при условии, что сцепление каждого колеса находится на идентичном уровне. Многоканальная
конструкция характеризуется повышенным уровнем сложности, поэтому ее стоимость на порядок выше. При этом уровень эффективности значительно увеличивается, если авто эксплуатируется на неоднородных покрытиях. К примеру, когда автомобиль передвигается по льду, обочине, либо влажном дорожном участке.

В текущую конструкцию ABS параллельно добавили самодиагностический модуль, способный автоматически проверять исправность и точность работы всех компонентов системы по ряду физических характеристик. Самодиагностика также отвечает за активацию лампы ABS на панели приборов, если она обнаружит, что система стала неисправной. Полученная информация дополнительно отправляется в блок управления в виде специальной комбинации, которая хранится во внутренней памяти. После того, как неисправность будет определена, компонент не будет функционировать вообще, либо неактивной станет вся система. Но это никак не повлияет не исправность самих тормозов.

Среди современных автомобилей большой популярностью способны похвастаться механизмы, работающие на электрике. Их преимущество заключается в следующем – тормозной механизм самостоятельно обслуживает свое колесо, не являясь зависимым от остальных. В такой ситуации ABS используется в качестве одного из элементов безопасности, регулируемых ЭБУ. Примечательно, что антиблокировка не оказывает воздействие на рукоять или педаль.

Плюсы и минусы системы ABS

Система антиблокировки торможения имеет как преимущества, так и недостатки. К ее плюсам можно отнести следующие.

• Улучшение управляемости транспортного средства. Благодаря регулировке скорости вращения колес автомобиль остается управляемым даже при выполнении экстренного торможения. Это значительно повышает безопасность передвижения на машине.
• Уменьшение продолжительности тормозного пути. В большинстве случаев при использовании АБС уменьшается тормозной путь. Это также делает управление транспортным средством несколько проще.
• Улучшение поведения машины при поворотах. Если водитель допустил ошибку и автомобиль занесло, при наличии на транспортном средстве АБС риск опрокидывания гораздо меньше.
• Для управления авто нужно меньше навыков. АБС существенно «облегчает жизнь» неопытным водителям, которые только недавно получили права сели за руль. Ведь использование системы позволяет не продумывать некоторые шаги, так как это делает за автомобилиста электронный блок управления. Кроме того, при наличии АБС прощаются многие ошибки (например, упомянутый резкий поворот, способный вызвать занос). Таким образом, система делает управление машиной гораздо проще.

Но у системы есть и минусы. К основным можно отнести следующие.

• Неэффективность на небольших скоростях. Уже упоминалось, что АБС не учитывает незначительное изменение интенсивности вращения колес. Это приводит к тому, что система неэффективна на низких скоростях. Например, при плавном спуске с горы со скоростью 4 – 6 км/ч транспортное средство, на котором установлена антиблокировочная система, будет вести себя точно так же, как автомобиль без нее. Также это касается продолжительного небыстрого движения по инерции. Это нужно учитывать.
• Неэффективность на некоторых дорожных покрытиях. Система хорошо работает далеко не на всех дорогах. Например, на грунтовках или асфальте с большим количеством неровностей (что в нашей стране не редкость), АБС функционирует гораздо хуже. Это объясняется частым перемещением колес в вертикальной плоскости, которое влияет на работу датчиков. В результате существенно увеличивается тормозной путь, меняется поведение транспортного средства при торможении.
• Неэффективность на обледеневшей дороге. Также АБС не очень хорошо работает на дороге, с которой не убран лед, снег, другие посторонние покрытия. Из-за разности сцепных свойств асфальта и, например, наледи, датчики также не могут нормально снимать информацию о скорости передвижения с колеса.

Принцип работы антиблокировочной системы

На ступице каждого колеса устанавливаются специальные датчики АБС. Они регистрируют скорость вращения, и подают сигналы в блок управления. С точки зрения геометрии, колеса должны крутиться с одной скоростью при прямолинейном движении, а при повороте, внутренние ступицы замедляются. Поправка на разницу при поворотах внесена в алгоритм работы контроллера датчиков АБС.

Система может определить, какой датчик показывает заниженную скорость, или сигнализирует о блокировке колеса. Далее включается исполнительная часть механизма.

Устройство типового 4 канального блока АБС показано на иллюстрации:

• От каждого колеса, в модуль управления АБС поступает сигнал о скорости вращения (цветные линии на схеме). Его формируют датчик АБС.
• Главный тормозной цилиндр подает тормозную жидкость не прямо на суппорты колес, а в гидравлический модулятор.
• На выходе из модулятора установлены клапана, управляемые модулем управления. Их 4, по количеству колес автомобиля.
• При поступлении сигнала от датчика, о блокировке колеса в процессе торможения, на него кратковременно перестает поступать тормозная жидкость. Колесо разблокируется, процесс торможения возобновляется.

То есть, ключевым устройством является датчик АБС, поэтому если не работает система, проверка начинается именно с него.

Закрытая система с 3/3-ходовыми электромагнитными клапанами

Разработанная первоначально компанией Bosch система регулирует тормозное усилие (модуляцию тормозного усилия 3/3-ходовыми электромагнитными клапанами.

На рисунке а, б и в представлен процесс регулирования для каждого колеса.

В состоянии покоя (обесточенном состоянии) электромагнитный клапан позволяет усилию, создаваемому водителем на главном тормозном цилиндре при нажатии на педаль тормоза беспрепятственно воздействовать на колесный тормозной цилиндр. Этот процесс соответствует обычной работе тормозной системы. Тормозное усилие повышается и замедляет колесо. Если блок управления на основании сигнала датчика угловой скорости вращения колеса определяет слишком быстрое замедление колеса по сравнению с контрольной скоростью, то электромагнитный клапан сначала нагружается половиной максимального тока, в результате чего доступ к главному тормозному цилиндру перекрывается, что препятствует дальнейшему повышению давления в колесном тормозном цилиндре.

Если после этой стадии «удержания тормозного усилия» скорость вращения колеса не увеличится, а будет снижаться дальше, то электромагнитный клапан подается максимальный ток, вследствие чего открывается обратная магистраль, а тормозное усилие в колесном тормозном цилиндре уменьшается. В результате силы трения покоя дорожного полотна колесо снова ускоряется. Как только скорость примерно достигнет контрольного значения, блок управления обесточивает электромагнитный клапан, который снова возвращается в исходное положение (т.е. обратная магистраль перекрывается, тормозное усилие может уменишаться беспрепятственно). Цикл может быть начат сначала.

Чтобы поддержать тормозное усилие в главном тормозном цилиндре и обеспечить снижение усилия через накопитель, насос обратной подачи подает тормозную жидкость от накопителя во впускную магистраль главного тормозного цилиндра. Этот процесс заметен по пульсации педали тормоза. Обычно именно по этому признаку водитель определяет момент срабатывания системы ABS.

Регулирование тормозного усилия блоком управления электромагнитными клапанами происходит практически до полной остановки автомобиля либо до отпускания водителем педали тормоза и уменьшении тормозного усилия, свидетельствующего об отсутствии опасности блокировки колеса.

При выходе из строя системы ABS электромагнитные клапаны находятся в обесточенном состоянии, в результате чего тормозная система работает в обычном режиме без ABS-регулирования.

Если вдруг, что маловероятно, система ABS во время процесса регулирования в результате самодиагностики обнаружит неисправность, то, насколько это будет возможным, система продолжит регулирование торможения до конца.

На рисунке при помощи принципиальной электрической схемы представлены входы и выходы блока управления, а также взаимосвязь компонентов системы.

При включении зажигания (клемма 15) электронное реле защиты (КЗ) замыкается и соединяет клемму 30 с клелммой 31, в результате чего на блок управления (контакт 1) и на цепь управления (86) клапанного реле (К1) и реле двигателя (К2) подается «плюс» аккумуляторной батареи. Через контакты 10, 20 и 34 блок управления постоянно соединен с массой.

Через клемму 15 также подается питание на сигнальную лампу системы ABS (Н1). Она горит до тех пор, пока не будет соединена с массой через кабель 1 при помощи клапанного реле через клемму 87а или через контакт 29 блока управления.

Если блок управления через контакт 27 подает массу на разъем 87 клапанного реле, то последнее срабатывает и черезразъем 87 соединяет электромагнитные клапаны с клеммой 30. Работа клапанного реле контролируется блоком управления через контакт 32.

Функция сигнальной лампы проверяется блоком управления через контакт 29.

Через контакт 14 блока управления контролируется реле двигаеля, после того как оно будет включено контактом 28 на основании сигнала массы.

Это происходит, когда во время ABS-регулирования на насос обратной подачи подается питание от «плюса» аккумуляторной батареи. В этом случае блоком управления на основании сигнала массы управляются также электромагнитные клапаны.

Вce это зависит от частоты переменного напряжения датчиков угловой скорости вращения (В1).

Вход выключателя стоп-сигналов служит дополнительной защитой так же, как и сигнал работы двигателя через клемму 61 генератора. Сигнальная лампочка гаснет только при работающем двигателе с исправным генератором, поскольку при ABS-регулировании необходим запас энергии.

Рассмотрим работу компонентов системы

Датчики работают по принципу магнитной индукции и прикреплены неподвижно к ступице каждого колеса, а в некоторых АБС, к редуктору заднего моста автомобиля. Они представляют собой магнитную катушку. В каждой ступице находится зубчатый венец. При вращении колес, в катушке создается ток, величина его зависит от скорости вращения. Полученные данные передаются в блок управления.

строение антиблокировочной системы

ЭБУ анализирует полученные данные, рассчитывает момент блокировки колес, давление тормозной жидкости и отдает регулирующие модулятору, для перекрывания необходимого тормозного контура.

Получив сигнал от ЭБУ, первый клапан модулятора кратковременными импульсами перекрывает доступ тормозной жидкости, регулируя тем самым давление тормозных. Если давление приближается к максимально допустимому второй электромагнитный клапан сливает тормозную жидкость в гидроаккумулятор. При нехватке жидкости, она поступает с гидроаккумулятора в магистраль.

В зависимости от типа тормозных систем существуют разные типы АБС:

• Четырехканальная – система, в которой присутствуют 4 датчика, которые контролируют индивидуально каждое колесо, и является лучшей и самой эффективной.
• Трехканальная – присутствуют три датчика, один на заднем мосту и по одному на передней паре колес.
• Двухканальная система – управляет отдельно передней и задней осью. Гибрид между трех- и четырехканальной системами в зависимости от количества датчиков: три или четыре.
• Одноканальная – установлен один датчик на заднем мосту и срабатывает при блокировке двух задних колес. Входит в комплект трехканальной системы. Самая дешевая и наименее эффективная АБС.

Самые дорогие системы – четырёхканальные, с отдельным комплексом оборудования на каждое колесо. Самые дешевые – одноканальные. Самые популярные системы АБС имеют 4 датчика и 2 модулятора, и в свою очередь являются двухканальными.

Кроме перечисленного оборудования в комплект АБС могут входить датчики и анализаторы, которые определяют состояние дорожного полотна, угол наклона дороги, сцепление с дорогой всех колес и т.д.

Устройство

В состав системы входят электронные, механические и гидравлические узлы, органично вписанные в традиционные тормоза. Всё сделано так, чтобы при выходе из строя элементов, относящихся к ABS, функциональность торможения не изменилась.

Датчики скорости

Теоретически в наиболее функциональной системе их должно быть пять, один измеряет скорость автомобиля в целом, остальные отслеживают частоту вращения каждого колеса, которая связана с линейной скоростью протектора шины. Оценке подлежит как разница скоростей, так и динамика их изменения.

Каждый датчик представляет собой электромагнит, включающий сердечник и намотанную на него катушку индуктивности. Узел закрепляется на кулаке подвески или чулке полуоси, а его выступающий наконечник с небольшим зазором отслеживает вращение задающего диска, связанного со ступицей колеса.

Иногда это зубчатый венец, иногда просто намагниченная короткими отрезками составная часть ступичного подшипника. Встречаются и устройства на эффекте Холла, они более быстродействующие, хотя особой необходимости в этом нет.

На выходе датчика образуется импульсный электрический сигнал, каждый пик которого соответствует одному зубцу или магнитной метке. Частота этих импульсов пропорциональна скорости вращений колеса.

Сигнал передаётся по экранированному кабелю в управляющий блок АБС, где усиливается и преобразуется в цифровой формат. Блок непрерывно отслеживает полученные данные, принимая их как информацию о мгновенной скорости вращения колёс.

Клапаны

Для выполнения команд электронного блока на изменение давления в тормозных магистралях нужны устройства, преобразующие электрические сигналы в силовые гидравлические.

В этой роли выступают управляющие клапаны. Они представляют собой классические соленоиды, штоки которых связаны с нормально закрытыми или открытыми гидравлическими запирающими конусами.

Как правило, устанавливается по два клапана на колесо, нормально открытый (то есть не препятствующий потоку при отсутствии управляющего напряжения) впускной и нормально закрытый выпускной. Первый подаёт давление на рабочий цилиндр тормоза, второй его сбрасывает.

Существует три режима работы клапанов:

• подача давления в цилиндр, первый открыт, второй закрыт;
• удержание давления, когда оба клапана закрыты, срабатывает при первых признаках скольжения;
• сброс давления, открывается выпускной клапан, если удержание не помогло и колесо продолжает скользить.

Клапаны должны обладать хорошим быстродействием, поскольку процесс происходит с высокой частотой для качественной модуляции торможения.

Насос

В состав системы входит электрический насос рабочей жидкости, роль которого состоит в ускорении перекачивания, что повышает общее быстродействие АБС. Чем выше рабочее давление, тем скорее система отреагирует на любой режим.

Избавление от пиковых нагрузок и пульсаций давления производится с помощью сблокированных с насосом гидроаккумуляторов, которые сглаживают колебания и хранят в себе запас жидкости, обладающей энергией за счёт сжатой пружины аккмулятора, расположенной с обратной стороны его диафрагмы. Питание на насос подаётся по команде блока управления.

Блок управления

Электронный модуль, построенный на базе микрокомпьютера, является мозгом системы, собирающим информацию от всех датчиков, а также по интерфейсной шине от прочих компьютеров автомобиля, и хранящим в памяти все алгоритмы работы АБС в виде программы.

Выходными сигналами блока являются напряжения питания датчиков, насоса, а также включения контрольной лампы неисправностей, и передача информации прочим устройствам.

Блоки управления непрерывно усовершенствуются, растёт их быстродействие, способность обрабатывать большие объёмы информации, эффективность использования новых алгоритмов.

Часто машины попадают в такие условия, когда простейших способов управления колёсами не хватает, приходится внедрять элементы искусственного интеллекта. Совершенство не достигнуто до сих пор. Одновременно в блок добавляются новые функции, непосредственно с АБС не связанные.

Система ABS в мотоцикле

Антиблокировочная система была впервые использована в мотоцикле в конце 80-х г.г. прошлого столетия. При этом были учтены некоторые особенности, характерные для двухколесного транспортного средства. С точки зрения конструкции место для установки дополнительных компонентов очень ограничено

Особое внимание должно быть уделено общему весу и распределению центра тяжести. Кроме того, ручной тормоз для передних колес и ножной тормоз для задних колес работают автономно

Блокировка одного колеса двухколесного транспортного средства для водителя-непрофессионала быстро закончится падением. Поэтому к регулированию и надежности предъявляются максимальные требования. В целом регулирование выполняется до нижней контрольной скорости мотоцикла 2,5 км/ч.

На рисунке представлена схема работы такой системы.

При ABS-регулировании на обмотку электромагнита в модуляторе тормозного усилия подается ток (до 25 А), магнитное поле оттягивает регулирующий поршня преодолевая усилия возвратной пружины. Связанный с направляющим роликом распределительный поршень опускается. Металлический шарик перекрывает подающую магистраль главного тормозного цилиндра. При повышении скорости вращения обмотка обесточивается, регулирующий поршень выталкивается пружиной вперед, тормозное усилие колесного тормозного цилиндра снова увеличивается.

На тормозных рычагах пульсации не ощущается, поскольку металлический шарик во время регулирования перекрывает подающую магистраль главного тормозного цилиндра. Работа модулятора тормозного усилия контролируется пьезокерамикой. Регулирующий поршень усилием внутренней пружины при присутствии тока на обмотке оказывает давление на пьезокерамику, которая передает сигнал напряжения на блок управления. Таким образом работоспособность контролируется и при проведении самодиагностики системы. Выход из строя системы индицируется миганием двух контрольных ламп. Система имеет функцию самодиагностики, а сохраненные неисправности могут быть считаны тестером.

В отношении модуляции тормозного усилия 2/2-ходовыми электромагнитными клапанами и гидравлическим блоком современные системы похожи на системы, устанавливаемые в автомобилях. На рисунке представлен гидравлический контур с впускным и выпускным клапанами для каждого контура торможения.

Регулирование осуществляется путем открывания и закрывания клапанов, как и в системах легковых автомобилей.

Одинаковым является также определение и обработка скорости вращения колес и других входов. Характерными только для мотоциклов являются отдельные контуры торможения переднего и заднего колес, а также выключатель ABS для активного отключения системы.