Практическая работа № 6

Электронные антиблокировочные системы.

Цель работы

Изучить назначение, основные принципы работы и конструктивные элементы автоматизированных тормозных систем автомобиля.

1. Теоретическая часть.

Системы АБС предотвращают блокировку колес при торможении автомобиля. Автомобиль сохраняет курсовую устойчивость и управляемость даже при экстренном торможении на скользком дорожном покрытии. Остановочный путь часто становится короче по сравнению с торможением с заблокированными колесами. АБС предотвращает складывание автопоездов.

При автоматизации системы, как правило, должна предусмат­риваться возможность работы и в режиме непосредственного уп­равления. Для этого в систему устанавливаются переключатели режимов работы. Такие переключатели «водитель —автомат» по­зволяют при необходимости или при выходе из строя средств ав­томатизации переходить на ручное управление. Переключение ре­жимов может осуществляться и автоматически. Для этой цели широко используют электромагнитные клапаны (ЭМК). На грузо­вых автомобилях используются командные системы управления с пневматическим приводом тормозных механизмов.

В АБС используются различные принципы регулирования тормозного момента в зависимости от дорожных условий по замедлению колеса, угловой скорости колеса, относительного скольжения и др.

Антиблокировочная система (рис. 1) содержит датчик скорости коле­са, электронный блок управления и исполнительный элемент. Датчик скорости колеса вырабатывает импульсы, частота следования которых пропорциональна частоте, вращения колеса. Электронный блок управления на основе анализа скорости колеса и ее изменения формирует команды управления исполнительным элементом. Исполнительный элемент содер­жит два электромагнитных клапана, которые конструктивно объединены в один узел, называемый модулятором давления. Через нормально откры­тый электромагнитный клапан (клапан отсечки) в тормозную камеру подается сжатый воздух. Нормально закрытый электромагнитный клапан (клапан вы­пуска) связывает тормозную камеру с атмосферой. Электронная АБС является системой, дискретно управляющей давлением в тормозной камере. При этом скорость колеса также периодически изменяется (рис. 2). Преобразователь частоты в напряжение преобразует импульсный сигнал, вырабатываемый дат­чиком скорости, в напряжение пропорциональное частоте вращения колеса.

Рис. 1. Функциональная схема АБС: ПЧТ — преобразователь частоты в напряжение	Рис. 2. Временные процессы АБС

На выходе дифференциатора формируется сигнал, соответствующий про­изводной от скорости колеса. На выходе элемента выделения максимума формируется сигнал в момент максимального ускорения при разгоне, т. е. при максимальном коэффициенте сцепления колеса с дорогой в продольном направлении. Элемент выделения максимума управляет режимами работы элемента выборки-хранения. Импульсный сигнал с выхода элемента выде­ления максимума переводит элемент выборки-хранения в режим выборки. В этом режиме сигнал на выходе элемента выборки-хранения соответству­ет его входному сигналу. Когда сигнал на выходе элемента выделения максимума отсутствует, элемент выборки-хранения переходит в режим хранения, т. е. на его выходе сохраняется сигнал, записанный в режиме выборки. Таким образом, сигнал U₃ (заданной скорости) на выходе элемента выборки-хранения будет соответствовать скорости колеса, при которой наблюдается максимальный коэффициент сцепления колеса с дорогой во время разгона, и будет корректироваться после завершения каждого цикла (периода колебаний скорости колеса). Формирователь команды "Отсечка" сравнивает действительную скорость колеса с заданной я вырабатывает выходной сигнал. Если действительная скорость меньше заданной, то сра­батывает клапан отсечки и прекращается подача воздуха s тормозную камеру. Формирователь команды "Выпуск" вырабатывает выходной сигнал при наличии сигнала на выходе формирователя команды "Отсечка" и при отрицательном значении сигнала на входе дифференциатора. Таким обра­зом, при снижении скорости колеса ниже заданного значения срабатывают клапаны отсечки и выпуска и давление в тормозной камере начинает уменьшаться. Однако в силу инерционности процессов регулирования дав­ления в тормозной камере, измерения и регулирования скорости колеса оно некоторое время продолжает замедляться. После начала разгона колеса выпуск воздуха из тормозной камеры прекращается. Колесо разгоняется и, когда его скорость превысит заданную, в тормозную камеру снова подается воздух. По истечении некоторого времени это приводит к замедлению колеса и процесс повторяется до завершения торможения автомобиля.

Исполнительные механизмы по командам блока управления изменяют давление сжатого воздуха или тормозной жидкости по принципу "увели­чение давления — сброс давления" либо по принципу "сброс давле­ния — выдержка — увеличение давления". Современные исполнительные механизмы обеспечивают переменную скорость изменения давления для обеспечения оптимального закона регулирования.

В состав электронного блока управления входит узел контроля, который отключает антиблокировочную систему при различного рода неисправностях, при снижении скорости автомобиля ниже определенного уровня. Этот же узел определяет интенсивность торможения (экстренное или служебное) и участву­ет в формировании заданного значения скорости для первого цикла работы антиблокировочной системы.

В АБС различных конструкций используются следующие принципы регу­лирования торможения отдельных колес автомобиля.

1. Индивидуальное регулирование каждого колеса (IR). Этот принцип обеспечивает минимальный тормозной путь. Однако если колеса одной оси попадают на покрытие с существенно отличающимися сцепными условиями, образуется разворачивающий момент, приводящий к потере устойчивости автомобиля, что, однако, не приводит к потере управляемости. Схема IR отличается сложностью и высокой стоимостью.

2. Низкопороговое регулирование (SL) тормозного момента обеих колес оси происходит по частоте вращения колеса, находящегося в худших условиях сцепления. При этом не полностью используются тормозные возможности колеса, находящегося в благоприятных дорожных условиях и потому тормоз­ной путь получается не минимально возможный. Положительной стороной регулирования SL является то, что равенство тормозных сил на обоих колесах оси способствует сохранению курсовой устойчивости автомобиля. Использу­ется часто для задней оси автомобиля

3. Высокопороговое регулирование (SH), наоборот, ориентируется по колесу, имеющему лучшее сцепление с дорогой. При попадании колес в раз­личные дорожные условия, одно из них может блокироваться, что снижает устойчивость автомобиля. Применяется, как правило, на передних осях.

4. Модифицированное индивидуальное регулирование (MIR) В таких системах на начальном этапе торможения используется низкопороговое регу­лирование (SL), а затем происходит переход к индивидуальному регулированию (IК.).

В противоположность легковым грузовые автомобили имеют пневматические тормозные системы. Тем не менее, функциональное описание цепей управления АВS для легковых автомобилей применимо также к грузовым автомобилям.

Компоненты АБС

Датчики скорости вращения колес. Кольцо для возбуждения импульсов устанавливается на ступице колеса и генерирует импульсы напряжения в датчике скорости вращения колеса, когда оно начинает вращаться. Частота импульсов пропорциональна скорости вращения колеса (см. на пр.работу №1). Датчик скорости вращения колеса удерживается в его установочном отверстии пружинной муфтой. Во время первой установки на автомобиле он устанавливается напротив кольца импульсов. Зазор в подшипнике колеса и упругие деформации оси автоматически фиксируют правильное положение датчика относительно кольца. В зависимости от диаметра кольца воздушный зазор между ним и датчиком может быть в пределах нескольких миллиметров. Если зазор становится чрезмерным, блок ЕСU отключает управление этого колеса.

Электронный блок управления (ЕСU) Входные каскады блока ЕСU преобразуют сигналы от датчиков скорости вращения колес в сигналы в форме меандра. Скорость вращения колес вычисляется микропроцессором на основе частоты сигналов. При известной скорости движения и отдельных скоростей вращения колес может быть подсчитано скольжения каждого колеса. Если колесо имеет тенденцию к блокировке, то такое значение вычисляется на основе показателей «ускорение колеса» и «скольжение колеса». Микропроцессор подпитывает посредством выходных каскадов блока ЕСП соленоиды клапанов модуляции давления, которые управляют давлением в отдельных тормозных цилиндрах колес.

Блок ЕСU содержит обширную программу определения неисправностей в пределах действия всей системы АБС (датчики скорости вращения колес, блок ЕСU, клапаны модуляции давления, электрическая проводка).

При обнаружении отказа с помощью блока ЕСП отключается неисправная часть системы и вырабатывается код, связанный с подробной регистрацией неисправности. Этот код может быть затем считан в ремонтной мастерской.

Блоки ЕСU некоторых европейских производителеи систем АВЗ включают не только функции АБС, но и АSR, а в некоторых случаях средства контроля движения на маршруте. Наиболее важным фактором является то, что в зависимости от модели автомобиля блок ЕСU автоматически преобразуется для выполнения требуемой функции. другими словами, если рассматриваемыи автомобиль оснащен только системой АБС, то блок ЕСU выполняет лишь функцию АБС; если же автомобиль имеет и компоненты АSR, то блок управления может управлять также и пробуксовкой колес.

Модулятор давления. Одноканальные модуляторы давления выполняются как релейными, так и не— релейными. Релейные клапаны устанавливаются на полуприцепах и прицепах.

Стандартная тормозная система для прицепа часто содержит релейные клапаны, которые могут быть заменены релейными клапанами АБС. Во всех других типах транспортных средств, то есть в автобусах, грузовых автомобилях и седельных автопоездах, а также в прицепах и автомобилях специального назначения используются нерелейные клапаны АБС. Оба типа клапанов управляются клапанами типа 3/2 (трехлинейными двухпозиционными).

Следовательно, нерелейные клапаны управляют диафрагменными клапанами типа 2/2, которые имеют достаточно большое поперечное сечение. В релейных клапанах пилотные клапаны оказывают влияние на давление в управляющей камере клапана. При помощи блока ЕСU передается управляющее воздеиствие на пилотные клапаны с целью достичь требуемых режимов поддержания или уменьшения давления. При выключенных пилотных клапанах создается режим нарастания давления.

Когда осуществляется обычное торможение (без вмешательства АБС , т. е. при отсутствии тенденции блокировки колеса), воздух течет через модуляторы давления свободно в обоих направлениях.