что такое блокировка колес при торможении
Суть торможения и блокировки колеса. Про тормоза и резину.
Написанное полезно знать тем, кто ездит или планирует ездить быстро и агрессивно… А так же тем, кто при спокойной езде испытывает проблемы с торможением, такие как быстрый уход в юз или преждевременное частое срабатывание ABS, даже при торможении с небольших скоростей.
Честно, не знаю для кого и зачем я это пишу. Может это и так для всех очевидно…
Немного теории «на пальцах». Что происходит, когда блокируется колесо и машина идёт юзом или срабатывает ABS? Колесо полностью останавливается (блокируется) тормозом. Но почему так происходит, когда вы этого не хотели? Представьте себе автомобиль который едет по дороге. Теперь представьте, что всё немного наоборот. Машина стоит на месте, а дорога под ней движется. Т.е. дорога раскручивает колесо. По сути, так и есть, когда речь идёт о реакции опоры. Т.е. мы оказываем воздействие на дорожное покрытие, а оно оказывает воздействие на нас. К чему я это?
Получается, когда мы тормозим — дорога пытается крутить колесо, а мы ей не даём посредствам тормозов, и замедляем вращение… Когда колесо блокируется (останавливается), получается, что дорога не может крутить его, т.к. тормоз держит слишком сильно и машина идёт юзом без вращения колеса (или срабатывает ABS).
А происходит это, потому-что не хватает сцепления покрышки с дорожным полотном!
Почему может не хватать сцепления?
— Хреновая резина! Ваши покрышки по тем или иным причинам слишком плохи для вашей машины. Возможно машина слишком тяжёлая для них. Может они низкого качества. Возможно они уже слишком старые.
— Резина может и хорошая, но давление слишком большое! Чем выше давление — тем «дубовее» колесо и меньше пятно контакта. Зимой это особенно заметно, попробуйте перекачать колёса до 3-3.5 атм и тормозить на прямой в безопасном месте — будете как на коньках. Летом — всё то же самое, но заметен эффект будет только при сильных торможениях, сами понимаете, потому что ТЕПЛО, со всеми вытекающими… Если машина сильно загружена, то давление рекомендуется качать чуть больше. Таблички с рекомендованным давлением обычно есть на кузове любого автомобиля, в дверном проёме. За счёт повышения массы автомобиля, увеличивается прижимная сила и повышенное давление компенсируется.
— Маленький размер резины — меньше пятно контакта.
Теперь немного про нехватку тормозов:
В целом тормоза устраивают, но когда ничанаешь отжигать, то их явно становится мало?
Первое о чём стоит задуматься — это их перегрев.
Самая частая ситуация, когда вроде бы тачка оттормаживается отлично, но когда начинаешь активно «гонять», тормозишь снова и снова, то машина тормозит не так хорошо, как казалось ранее… Самый бюджетный вариант, который может помочь — замена колодок. Есть колодки, которые рассчитаны на более высокие нагрузки, на высокие температуры. Один из наиболее ярких примеров — колодки от EBC Brakes Крайне понятный модельный ряд с человеческим описанием. С ними станет заметно лучше, конечно, если вы ещё не успели перегреть покатушками свои тормозные диски до синего состояния…
Следующий по затратности шаг — это замена тормозных дисков на более стойкие к перегреву.
Если и этого окажется мало, то придётся ставить тормозные диски бОльшего диаметра, что ещё отдалит момент перегрева.
Если тормозов всё ещё не хватает и хочется получить «стоп-кран», то для вас очередной этап тюнинга тормозной системы — установка более производительных суппортов. Обычно это предполагает увеличение количество поршней в суппорте и увеличение площади устанавливаемых колодок.
И отсюда вытекает ещё один совет для дорогих «найт ракеров» неравнодушных к тюнингу:
Если надумал ставить «мощные тормоза» — сначала купи покрышки побольше, как диаметром, так и шириной. Если ездишь в основном по асфальту, без вылазок на влажные грунты — можно поставить резину типа «полу-слик», у неё заметно больше пятно контакта, но на грязной дороге будет держать похуже, а на влажном грунте/траве буксовать будет заметно чаще.
Если поставить крутые тормоза на машину с мелкими колёсами, то при томожении они будут блокироваться намного чаще и раньше, т.к. производительность тормозов возросла, а сцепления с дорогой не прибавилось, т.е. дороге стало ещё тяжелей крутить колесо, когда мы тормозим))) Это потеря управляемости. Хоть вы и поставили тормоза лучше, чем были — только быстрей машину разобьёте…
Система ABS в машине: как она работает и как помогает при экстренном торможении
В современном автомобиле есть много систем, которые делают его более безопасным и помогают водителю им управлять.
Инженеры постоянно улучшают их и придумывают новые, уже есть машины с полноценным автопилотом. Но одной из первых систем безопасности была антиблокировочная система тормозов — ABS. Эта статья расскажет, какую проблему решает ABS, как она работает и почему может испугать.
Как работают тормоза современного автомобиля
Когда водитель нажимает на педаль тормоза, давление жидкости в тормозной системе повышается. Через металлические трубки и шланги жидкость подходит к тормозным механизмам в колесах и вынуждает колодки прижиматься к тормозному диску или барабану.
Между педалью и колодкой в системе есть много устройств: главный тормозной цилиндр, распределяющий усилия между всеми колесами автомобиля, и вакуумный усилитель, который позволяет водителю давить на педаль с меньшим усилием.
Чем страшна блокировка колес при торможении
Если водитель нажимает на педаль достаточно сильно, то тормозного усилия хватит для полной блокировки колес: машина «пойдет юзом» — колеса остановятся, а автомобиль продолжит движение по инерции. На асфальте останутся яркие черные следы, на покрышках появится локальный износ: они могут сильно пострадать и даже прийти в негодность. Представьте себе, как изнашивается стирательная резинка — с шиной произойдет почти то же самое.
Если водитель продолжит давить на тормоз, то рано или поздно полностью потеряет контроль над автомобилем. С заблокированными передними колесами не получится изменить траекторию движения, даже если повернуть руль до упора. Такая ситуация опасна и для водителя, и для других участников движения. Система ABS борется именно с этим явлением: она предотвращает блокировку колес при торможении и позволяет сохранить контроль над автомобилем в момент экстренного торможения.
Курс о больших делах
Как устроена ABS
С 2004 года систему в обязательном порядке ставят на все новые автомобили, которые продают на территории Евросоюза, а с 2012 года такое правило заработало и в США.
Система состоит из нескольких элементов.
Датчики скорости вращения колес. Чтобы бороться с блокировкой колеса эффективно, система должна отслеживать эту скорость и срабатывать в нужный момент. За это отвечают специальные датчики, установленные на каждом колесе, а точнее — на ступице. Они отслеживают вращение по специальному магнитному кольцу.
На более старых машинах датчики могут быть импульсными и считывать скорость по специальным зубчатым кольцам, такой вариант менее точный. Полученную информацию датчики передают в блок управления ABS.
Блок управления — микросхема в специальном корпусе. На основе информации с датчиков блок управления ABS определяет, какое колесо близко к блокировке и где нужно уменьшить давление в тормозной системе.
Насос и клапаны — органы управления системы. При срабатывании системы участие водителя уже не требуется: с помощью открытия и закрытия клапанов, объединенных в одном корпусе, ABS уменьшает и увеличивает давление в тормозной системе до 20 раз в секунду. А значит, меняется тормозное усилие на колесах и они не блокируются. Насос ABS работает только в момент активации системы и позволяет быстро восстановить давление в системе.
Главная задача ABS
Благодаря этой системе колеса автомобиля не блокируются и водитель сможет им управлять, даже выжав педаль тормоза «в пол». Автомобиль с работающей ABS реагирует на поворот руля, пусть и с некоторой задержкой. Так можно избежать ДТП или минимизировать его последствия, а заодно снизить скорость и увернуться от препятствия.
Представим, перед водителем кто-то резко оттормаживается. Автомобиль без ABS пойдет по инерции строго прямо, как бы водитель не крутил руль. Автомобилем с ABS можно как-то управлять, и самое главное — тормозной путь будет сильно короче, а значит будет больше шансов не догнать чужую машину. Даже если это случится, повреждения будут менее критичными и за ремонт удастся заплатить гораздо меньше.
Но в некоторых случаях тормозной путь машины с ABS может быть длиннее. Например, если машина на летней резине зимой, если под колёсами песок, земля или неприкатанный снег.
Разные виды антиблокировочных систем, их развитие
Первые антиблокировочные системы были одноканальными и работали только на одной оси автомобиля: работали одновременно и одинаково влияли на оба колеса оси. Актуальные системы поддерживают четыре канала, по одному на каждое колесо, каждый может работать независимо.
Дальнейшее развитие — дополнение, система распределения тормозных усилий (EBD). Она работает не только при экстренном торможении и контролирует распределение тормозных усилий задолго до блокировки колес. C EBD автомобиль стабилен при торможении, это особенно заметно, если под колесами разное покрытие. Например, если левые колеса на асфальте, а правые на льду, система поможет избежать заноса или сноса.
Если добавить в ABS и EBD датчики положения рулевого колеса, дроссельной заслонки и поперечного ускорения, у машины появится система стабилизации. В зависимости от производителя автомобиля и возможностей ее называют ASR, ESP, DSC, VDC или как-то еще.
В основе лежит тот же принцип — система анализирует разницу в скоростях вращения колес, но не только. Блок управления системой также анализирует угол поворота руля, положение педалей газа и тормоза, поперечное ускорение и другие параметры. На основе этих данных одно или несколько колес могут притормозить благодаря клапанам в блоке ABS. Это поможет стабилизировать автомобиль и выйти из заноса.
Как пользоваться ABS и быть готовым к тому, что она сработает
Система не требует от водителя каких-то особых навыков. Он просто оценивает дорожную ситуацию и нажимает на педаль. Тем не менее ABS может испугать неопытного водителя: когда система работает на педали тормоза, будет сильная вибрация. Это работают насос и клапаны, которые регулируют давление в разных частях тормозной системы.
Автомобилем, у которого сработала ABS, управлять сложнее. Реакции на поворот руля очень замедленны и менее точны. Водителю нужно понимать, что при торможении с ABS рулить нужно с опережением. Если рядом нет других автомобилей или препятствий — поверните руль сильнее, чем при обычной езде.
Если ваш опыт вождения скромный, то лучше познакомиться с ABS заранее. Для этого подойдет пустая парковка или площадка с асфальтовым покрытием — эксперименты с ABS на неровных грунтовых дорогах и площадках не дадут нужного опыта. Выполните несколько экстренных торможений — резко нажимайте педаль тормоза до упора. Начните с торможения с 30 км/ч, потом увеличьте скорость. Помните о безопасности и ПДД.
Когда экстренное торможение по прямой будет уже понятным, попробуйте тормозить с ABS и маневрировать. Желательно повторить эти упражнения в разных погодных условиях: на сухом асфальте, на мокром и зимой, на снежном и ледяном покрытиях. Это не сделает вас профессиональным водителем, но даст понимание, как ведет себя автомобиль при резком торможении и чего ждать от системы ABS. Однажды эти знания могут спасти как минимум бампер.
Для чего тормозам антиблокировочная система (ABS)
Первым серийным автомобилем, оснащённым ABS, стал Mercedes S-Class 1979-го модельного года. Система долгое время предлагалась в качестве опции и только в 1992 году вошла в список стандартного оборудования. В начале 1980-х АБС как опцию можно было установить на BMW 7-й серии.
Приходилось ли вам объезжать внезапно возникшее препятствие и одновременно тормозить? Наверняка да. Казалось бы, что в этом сложного — нажал на тормоз, повернул руль и скорректировал траекторию. Однако всё относительно просто до определённого момента. Если при экстренном торможении нажать на педаль тормоза сильнее, чем необходимо, колёса могут заблокироваться и…
Дальше возможны два варианта развития событий. Оба обусловлены наличием или отсутствием антиблокировочной системы тормозов АБС (ABS — Anti-lock Brake System). Если машина архаичная, ведёт свою родословную из середины семидесятых прошлого столетия или сошла с конвейера одного из отечественных автозаводов, то, как бы усердно вы ни крутили «баранку», транспортное средство траектории не изменит. Дело в том, что заблокированные колёса, скользя, лишают водителя возможности маневрировать — сорвавшись на юз, автомобиль будет тупо ехать по прямой, будто у него отрубили руль. Лишь опытный пилот сумеет хладнокровно разблокировать колёса, на мгновение отпустив педаль тормоза. А затем, используя импульсное торможение, вернуть контроль и погасить скорость. Второй вариант — для машины, оснащённой АБС. От водителя требуется лишь посильнее нажать на педаль тормоза и спокойно работать рулём. Чувствуете разницу?
Блокировка опасна ещё и тем, что способна стать причиной заноса или увода автомобиля в сторону. Произойти это может, когда под колёсами разнородное покрытие, сильно изменена загрузка по осям в ходе предыдущего манёвра или стоят разные шины (последнее звучит дико, но в России, увы, не редкость). Кроме того, при заблокированных колёсах машина может изменить траекторию под действием любой боковой силы (уклон дороги или столкновение). Скорректировать траекторию в этом случае практически невозможно.
В АБС для определения скорости вращения используются индукционные датчики частоты и датчики, работающие на эффекте Холла. Каждое новое поколение колёсных датчиков частоты вращения становится меньше, точнее и надёжнее. Сначала устанавливался только один сенсор, который монтировался на редукторе заднего моста или КПП. Позже к нему добавились ещё два — на передних колёсах. И лишь в последних версиях АБС предусматривается установка датчиков на каждое колесо, соответственно, с индивидуальными модуляторами. Кстати, самые древние и примитивные одноканальные ABS воздействовали сразу на все тормозные механизмы.
Ещё один негативный эффект блокировки — увеличение тормозного пути. Здесь всё дело в том, что сила трения покоя обычно больше силы трения скольжения. Следовательно, для максимально быстрой остановки автомобиля нужно генерировать такую величину давления в тормозных магистралях, чтобы колёса при торможении вращались на грани блокировки. Есть такой немаловажный показатель, как относительное проскальзывание. Он в зависимости от степени заторможенности колеса может меняться от нуля (колесо катится без проскальзываний) до 100% (колесо полностью заблокировано). Экспериментально установлено, что максимальная эффективность торможения достигается при 15–20-процентном проскальзывании — то есть в том случае, когда скорость вращения заторможенного колеса на 15–20% ниже скорости свободновращающегося колеса при постоянной скорости движения машины. Забегая вперёд, скажем, что электроника при торможении поддерживает именно эту величину, периодически блокируя и разблокируя колёса.
В состав практически любой современной системы АБС входят: электронный блок управления (1), модулятор (2), изменяющий давление в гидравлических магистралях, датчики угловых скоростей вращения колёс (3), установленные на внутренней части ступицы колеса.
Прогрессивное человечество окончательно осознало вред заблокированных колёс лишь в 70-х прошлого века. Пионером в данной области стал Mercedes-Benz, совместно с компанией Bosch разработавший систему, которая в 1979 году стала устанавливаться на Мерседесы S-класса. Основной принцип работы АБС был сформирован именно тогда, и потом только совершенствовался.
Современная электроника (ABS, противобуксовочная система, ESP), чтобы держать под контролем поперечную и продольную динамику автомобиля, учитывает не только частоту вращения колёс. Подконтрольными являются угол поворота руля, степень крена кузова, ускорение… Давление в тормозных контурах генерируется по совокупности полученных данных, плюс в некоторых случаях принудительно изменяется тяга двигателя.
Задача ABS — регулировать скорость вращения колёс путём изменения давления в магистралях тормозной системы. Чтобы контролировать угловую скорость, надо знать её величину и то, как она меняется со временем. Каждое колёсо снабжено датчиком, который выдаёт электрические импульсы с частотой, пропорциональной скорости вращения колеса. Эта информация поступает в блок управления АБС.
Если во время торможения угловая скорость колеса приблизилась к нулю, электронный мозг тут же примет решение его «растормозить». Гидравлический модулятор при помощи электроклапана стравит давление из магистрали и перенаправит «лишнюю» порцию тормозной жидкости в гидроаккумулятор. Давление будет снижаться до тех пор, пока колесо, снова «ухватившись» за покрытие, не раскрутится до определённой скорости. Далее ABS опять резко увеличит давление в магистрали и притормозит колесо. Цикл продолжится до тех пор, пока машина не остановится или водитель не ослабит давление на педаль до положения, когда ABS не нужна.
Существующие на рынке системы отличаются весьма точной настройкой и обеспечивают максимальную эффективность торможения.
Многие скажут: «Невелика премудрость!» Прерывисто тормозить можно и самому. И правда: во многих случаях такой способ замедления на автомобилях, не оборудованных АБС, позволяет во время экстренного торможения объехать внезапно возникшее препятствие. Когда колёса блокируются — вы тормозите, как только «отпускаются» — получаете возможность корректировать направление движения. Естественно, при таком раскладе тормозной путь значительно увеличится, зато водитель получит возможность объехать препятствие и упреждающим действием руля погасить занос.
Но, к сожалению, ни один титулованный гонщик не способен обеспечить «порционное» торможение с частотой, с которой это делает ABS. Система (в зависимости от варианта исполнения) за секунду успевает заблокировать-разблокировать колёса около 15 раз. К тому же водитель одновременно воздействует на все тормозные механизмы (так работали первые системы ABS), в то время как современные 4-канальные антиблокировочные системы следят за скоростью вращения и регулируют тормозное усилие для каждого колеса отдельно.
В большинстве современных автомобилей ABS работает вместе с EBD (Electronic Brake Distribution) — системой распределения тормозных усилий, которая дозирует интенсивность торможения для каждого колеса. C EBD можно смело тормозить в повороте и на «миксте». Электроника по разности частот вращения поймёт, что колёса попали на участки с разнородным покрытием, и уменьшит тормозные силы на колёсах, которые имеют лучшее сцепление с дорогой. Кстати, интенсивность замедления в этом случае снизится и будет определяться силой трения колеса (колёс), имеющего наихудшее сцепление с дорогой.
Нелишне заметить, что для максимальной эффективности замедления педаль тормоза на автомобилях с ABS надо вдавливать в пол что есть силы. Впрочем, последнее делать не обязательно тем водителям, чьи машины оснащены системой Brake Assist, которая сама создаёт избыточное давление в тормозной магистрали, «дотормаживая» за слабого или нерешительного человека. При штатных замедлениях она не вмешивается. Однако резкое нажатие (удар) на педаль Brake Assist расценивает как сигнал к экстренному торможению и вступает в действие.
При торможении на разнородных покрытиях электроника сделает всё, чтобы противостоять заносу. Но иногда автомобиль, оснащённый ABS и EBD, может довольно сильно развернуть. Здесь всё зависит от того, как настроена система.
Но не всё так гладко. ABS, как и любая другая система, обладает недостатками. Например, простой «антиблок» может проиграть обычным тормозам на снегу, льду или песке, свести на нет преимущества шипованной резины. Ведь на льду шипы обеспечивают наибольшее замедление только при максимальном относительном проскальзывании, когда они словно когти впиваются в лёд и бороздят его. Каверза в том, что ABS, стремясь растормозить колёса, не даёт шипам работать и тем самым увеличивает тормозной путь. То же происходит на грунтовых дорогах (песок, щебень, глина) и покрытиях, занесённых снегом.
Наличие ABS не повод отказа от шипованной резины. Во время блокировки шипы всё равно будут цепляться за лёд и обеспечивать более надёжное замедление, нежели нешипованные покрышки.
Автомобили с ABS в этом случае имеют более длинный тормозной путь, потому что постоянно разблокирующиеся колёса не создают «эффекта плуга». А ведь именно на таких покрытиях заблокированные колёса имеют максимальную эффективность торможения — из-за того что нагребают перед собой «валики» из грунта или снега. Вот почему нужно помнить: на обледеневшей, заснеженной или грунтовой поверхности тормозной путь автомобиля, не оснащённого АБС, может быть короче.
Подложить небольшую свинью АБС может и на неровной дороге. Если при торможении одно колесо на мгновение зависнет в воздухе и заблокируется, обманутая электроника начнёт спасать вас от заноса и тут же снизит давление в остальных магистралях. В повороте автомобиль неприятно вильнёт «хвостом», а тормозной путь увеличится. От таких случайных отрывов, в принципе, не застрахован никто, но нужно помнить, что залогом адекватной работы АБС является исправная подвеска
Прогресс рождает на свет всё более продвинутые системы. Оперирующие большим количеством показаний, они способны адаптироваться под тип дорожного покрытия и тормозить по одному из заранее заложенных эффективных алгоритмов. Конечно же, электронику нельзя воспринимать как панацею от всех бед, но статистика вещь упрямая: грамотно настроенная ABS при всех исправных системах автомобиля на сухом и мокром покрытии в среднем помогает экономить до 20% тормозного пути и оставляет водителю шанс маневрировать. Стоит ли говорить, что от этих драгоценных метров могут зависеть жизнь и здоровье?
Антиблокировочная система abs: что это такое, принцип действия
С помощью обычной тормозной системы автомобиля реализовать равномерное замедление скорости вращения всех четырех колес одновременно практически невозможно. Даже если допустить, что все колесные цилиндры сообщают тормозным барабанам (или дискам) одинаковые тормозные усилия, то и в таком случае сцепление колесных шин с автодорогой не может быть одинаковым. Всем известно к чему это может привезти при движении автомобиля по скользкой дороге. Здесь и спасает автомобилиста ABS.
Так появилась идея — зарегистрировать неравномерность вращения колес и по полученной информации автоматически откорректировать тормозные усилия в каждом колесном тормозном цилиндре в отдельности. Таким способом можно уровнять скорости вращения всех четырех колес и повысить безопасность движения автомобиля при интенсивном торможении. На серийных легковых автомобилях автоматическое управление гидравлическими тормозами стало применяться в конце 70-х годов, и первой была система антиблокировки колес (ABS). По мере накопления опыта эксплуатации системы ABS стало ясно, что с помощью автоматического управления тормозами можно реализовать целый ряд совершенно новых способов управления движением автомобиля. Описанию систем автоматического управления гидравлическими тормозами посвящена данная глава.
Предварительные замечания.
Езда на автомобиле по мокрому или по обледенелому асфальту часто приводит к авариям. Причина тому — потеря управляемости автомобилем из-за юза и заноса при торможении или пробуксовки ведущих колес при резком газе.
Справиться с автомобилем, потерявшим управление, умеет не каждый водитель. Неприятная ситуация возникает и в тех случаях, когда автомобиль попадает в глубокий снег, в пески или в непролазную грязь на дороге, — одно ведущее колесо проворачивается и все глубже зарывается, а другое — неподвижно. Стронуть автомобиль с места без посторонней помощи очень сложно.
С целью предотвращения подобных случаев на современных легковых автомобилях устанавливаются системы управления тормозами, которые в нештатных ситуациях адаптируются под условия движения и отрабатывают свои функции автоматически. Таких систем четыре: система антиблокировки тормозов (ABS), система блокировки дифференциала ведущего моста (EDS), система перераспределения тормозных усилий между передним и задним мостами автомобиля (EBV) и система антипробуксовки ведущих колес (ASR или DSA).
Тормозная система автомобиля.
Тормозная система автомобиля (ТСА) — это устройство, с помощью которого водитель может полностью остановить движущийся автомобиль, или понизить скорость его движения, или обеспечить стояночную блокировку колес с целью удержания от самопроизвольного скатывания с места.
ТСА принято подразделять на две части: на стояночный тормоз с ручным приводом и на рабочие тормоза с управлением от усилия ноги водителя.
Современные рабочие тормоза легкового автомобиля — это достаточно сложное механико-гидравлическое устройство, оснащенное системами ABS, EBV, основная функция которого заключается в передаче усилия от тормозной педали водителя к колесным тормозным колодкам. Торможению подлежат все колеса автомобиля. Все каналы и устройства тормозной системы заполнены тормозной жидкостью.
По конструкции исполнения гидравлические тормозные системы подразделяют на барабанные и дисковые.
Дисковые тормоза от барабанных отличаются тем, что площадью соприкосновения с тормозными колодками в них являются не внутренние поверхности тормозных барабанов, а наружные поверхности тормозных дисков.
Дисковые тормоза эффективнее барабанных, меньше боятся загрязнений и дорожной влаги, а также проще в обслуживании и ремонте. В настоящее время на легковых автомобилях дисковые тормоза устанавливаются как на передние, так и на задние колеса.
Тормозные силы и блокировка колес в ГТС.
В любой тормозной системе эффект рабочего торможения автомобиля достигается за счет использования двух видов тормозных сил. Ими являются: RT— тормозное сопротивление трению, возникающее между тормозными колодками и тормозной поверхностью колесных тормозных дисков; HK — дорожное сопротивление трению, возникающее между шинами колес автомобиля и поверхностью дороги.
Если RT меньше HK, то процесс торможения протекает устойчиво вплоть до полной остановки автомобиля. При этом движение автомобиля в режиме интенсивного замедления протекает плавно, без юза, без заноса, без блокировки колес.
Однако при резком нажатии водителем на тормозную педаль соотношение сопротивлений трению может поменяться на обратное, т.е. RT станет больше HK, и произойдет так называемая блокировка колес.
Блокировка колеса автомобиля во время торможения — это явление полной остановки вращения колеса при продолжающемся движении кузова автомобиля. Ясно, что блокировка приводит к юзу колеса, т.е. к его движению по автодороге без вращения.
Юз любого колеса автомобиля, любой пары колес или всех колес сразу приводит к потере устойчивости движения автомобиля по автодороге:
Водитель с обычным умением вождения в подобной ситуации, как правило, сразу пытается поставить руль в сторону выравнивания движения, что приводит к полной потере контроля над движением.
Движение автомобиля юзом наиболее часто возникает на скользких дорогах зимой, а также летом во время или после дождя.
Блокировка колес при торможении является главным и потенциально опасным недостатком классической тормозной системы автомобиля. От этого недостатка свободна тормозная система с автоматической антиблокировкой колес ABS.
Гидравлическая тормозная система может быть реализована таким образом, что каждое колесо будет иметь свой, отдельный от всех остальных колес, гидравлический контур автоматического управления. В этом случае поток тормозной жидкости от главного тормозного цилиндра (ГТЦ) надо разделить на четыре потока и обеспечить торможение каждого колеса в отдельности.
Для реализации 4-х контурной ГТС с автоматическим управлением в каждом канале устанавливают электроуправляемый гидравлический клапан, который обеспечивает регулирование давления тормозной жидкости в колесном тормозном цилиндре (КГЦ). Электроуправляемые гидроклапаны конструктивно объединяют в центральный исполнительный механизм (ЦИМ), который управляется электрическими сигналами от ЭБУ ABS.
Алгоритм автоматического управления электроклапанами задается путем сравнения скорости вращения колес с приведенной скоростью движения кузова автомобиля, что реализуется в цифровом электронном блоке управления (ЭБУ), который получает сигналы о скорости вращения колес от колесных датчиков в виде числа электрических импульсов, приходящегося на один оборот колеса. Скорости вращения всех четырех колес сравниваются в ЭБУ, где вырабатываются электрические сигналы рассогласования, которые и подаются на электроуправляемые гидроклапаны, расположенные в ЦИМ. Таким образом обеспечивается автоматическая корректировка эффективности торможения каждого колеса в отдельности. Такое управление гидравлическими тормозами не допускает блокировки колес в любых режимах движения автомобиля.
В сказанном заключается основная концепция любой современной тормозной системы с автоматической антиблокировкой колес, которая чаще называется антиблокировочной системой тормозов (ABS).
Теоретические предпосылки полезного функционирования системы ABS заключаются в следующем.
При движении автомобиля с постоянной скоростью разницы в скоростях вращения колес не возникает. При этом не возникает также разницы между приведенной скоростью Va движения автомобиля и согласованной с ней усредненной скоростью Vk, вращения колес, т.е. Va = VK. При этом под усредненной скоростью вращения колес понимается величина
VK = (VKl + VK2 + VK3 + VK4)/4, где VKl + VK4 — скорости вращения каждого колеса в отдельности.
Но как только начинается процесс интенсивного торможения, приведенная скорость кузова автомобиля Va начинает превышать усредненную скорость VK вращения колес, так как кузов «обгоняет» колеса под действием силы инерции массы автомобиля, т.е. Va > VK.
В такой ситуации между колесами и дорогой возникает явление равномерного умеренного скольжения. Это скольжение является рабочим параметром тормозной системы и определяется как S = [(Va-VK)/Va]100%.
Физически рабочее скольжение в отличие от аварийного юза реализуется за счет пригибания протектора колесных шин, сдвига мелких фракций на поверхности дороги, и за счет амортизации автомобильной подвески. Эти факторы удерживают автомобиль от юза и отображают полезную суть рабочего скольжения колеса при его торможении. Ясно, что при этом замедление вращения колеса происходит постепенно и управляемо, а не мгновенно, как при блокировке.
Величина S названа коэффициентом скольжения и измеряется в процентах. Если S = 0%, то колеса вращаются свободно, без воздействия на них дорожного сопротивления трению HK. Коэффициент скольжения S = 100% соответствует юзу колеса, когда оно переходит в заблокированное состояние.
При появлении эффекте рабочего скольжения, при котором все еще имеет место нормальное качение колес, между ними и дорогой возникает равномерно возрастающее сопротивление трению RA, которое является функцией от рабочего скольжения S и создает силу торможения автомобиля FT = KRA(S). К — конструктивный коэффициент пропорциональности, зависящий от состояния протектора шин, тормозных колодок, тормозных дисков и тормозных суппортов.
Важно заметить, что при малых S (от 0% до 7%) силе торможения линейно зависит от скольжения, что обеспечивает наиболее эффективное торможение. Это имеет место при плавном и медленном нажатии на педаль тормоза.
При более интенсивном торможении скольжение S растет, а сила FT торможения начинает уменьшаться или, в лучшем случае, остается постоянной.
Из сказанного ясно, что основной задачей ABS является автоматическое (без участия водителя) поддержание коэффициента скольжения S в пределах от 10% до 30%, когда сила торможения автомобиля максимальна. На графике этот рабочий для ABS участок заштрихован.
При некоторых состояниях дорожного покрытия, например, на твердом и сухом бетоне, система ABS может привести к некоторому увеличению тормозного пути автомобиля по сравнению с этим показателем для случая интенсивного торможения с выключенной ABS. Однако в последнем случае устойчивость движения автомобиля не гарантирована, а износ колесной резины и тормозных колодок резко взрастает. В большинстве же случаев тормозная система с ABS значительно эффективнее классической тормозной системы.
Разновидности систем ABS
В настоящее время на легковых автомобилях применяется достаточно большое количество самых разнообразных вариантов исполнения систем антиблокировки тормозов (ABS). Общим для всех ABS является то, что они дополняют рабочие функции гидравлической тормозной системы (ГТС) автомобиля принципиально новым качеством — способностью интенсивного торможения без блокировки колес. Для достижения этой цели любая система ABS помимо основных компонента ГТС включает в свой состав датчики частоты вращения колес.
Электронный блок управления гидротормозами (ЭБУ-Т) автомобиля и центральный гидравлический исполнительный механизм (ЦИМ), который раздельно управляет колесными тормозными цилиндрами (КГЦ), а сам управляется от электрических сигналов ЭБУ-Т.
Разновидности систем ABS можно классифицировать на четыре типа по четырем отличительным признакам:
а — конструктивным особенностям системы;
б — функциональным возможностям системы;
в — компонентному составу;
г — эксплуатационным свойствам (преимуществам и недостаткам).
1. Если система ABS выполнена с применением шариковых клапана (ШК), которые управляются поршневыми толкателями, а последние в свою очередь приводятся в действие червячными передачами (ШЧМ) от электродвигателя — ЭД, то такая система работает без гидронасоса с использованием давления от главного тормозного цилиндра (ГТЦ) и классифицируется как вентильная ABS (ABS-V) или как ABS первого типа (ABS-T1).
Если система ABS реализована с применением шариковых клапанов, которые управляются от гидроусилителя руля (ГУР) посредством поршневых толкателей, а переключение режимов торможения — с помощью двухпозиционного электрогидроклапана (ДПЭК), то система может быть отнесена в отдельный (второй) тип. В состав ЦИМ такой системы дополнительно входят три гидравлических клапана: предохранительный (ПХК), перепускной (ППК) и переключающий (ПКК).
2. Если в системе ABS давление в колесных тормозных цилиндрах управляется посредством двух- или трехпозиционных гидроклапанов (ТПЭК), которые в свою очередь управляются электрическими сигналами от ЭБУ-Т. и в системе имеется электрогидронасос низкого давления (ГННД), то такая система называется электроклапанной (ABS-K) и относится к третьему типу (ABS-T3). Система дополняется регулятором-распределителем давления (РРД) и редукционным клапаном (РК).
3. Если система ABS содержит в своем составе гидроаккумулятор высокого давления — ГАВД (120…180 бар) с подпорным герметичным пневморессивером — ПРВД (азот, гелий), то эта система содержит гидронасос высокого давления (ГНВД) с автоматическим гидровыключателем насоса (ГВК) и классифицируется как ABS с гидроаккумулятором (ABS-Г), или как ABS четвертого типа (ABS-T4). Давление в КТЦ управляется посредством четырех клапаннопоршневых регуляторов (КПР), которые в свою очередь управляются трехпозиционными электрогидроклапанами, каждый из которых составлен из двух двухпозиционных клапанов. Системы ABS-T4 более эффективны в работе, обладают высоким быстродействием и могут применяться совместно с электронными системами EDS, EBV и ASR.
4. Если регулировке с помощью ABS подвергаются два передних колеса в отдельности, а два задних колеса вместе по одному общему гидроканалу регулирования (Select low), то система называется трехканальной. Наиболее простой вариант такой системы реализован с использованием давления от главного тормозного цилиндра.
5. Если регулировке с помощью ABS подвергаются только два задних колеса, но по одному (общему) гидроканалу, то система называется одноканальной. Такая система выполняет функцию регулятора тормозов заднего моста и устанавливалась на японском автомобиле «TOYOTA» еще в 1971 г. Это первое применение системы ABS на серийном автомобиле. В классификацию включена более поздняя одноканальная система ABS (для японского автомобиля «TRUCK», 1989 год выпуска), в которой в качестве рабочего давления используется давление гидроусилителя руля — ГУР.
6. Если с помощью ABS регулировке подвергается каждое из четырех колес в отдельности, то система называется четырехканальной. Применяется на большинстве современных автомобилей высокого потребительского класса.
7. Если ABS используется на полноприводном автомобиле, то в системе устанавливается специальный инерционный датчик, а система на называется ABS с датчиком (ДЗ) замедления (может быть одно-, трех- или четырехканальный, в отдельный тип не выделяется.)
8. Если давление в управляемом с помощью ABS колесном цилиндре может удерживаться для трех случаев торможения (торможение с повышением давления, торможение с удержанием давления, торможение с понижением давления), то система ABS трехпозиционная. Специфический компонент 3-х позиционной ABS — трехпозиционный гидроклапан с электромагнитным управлением от ЭБУ-Т.
9. Если давление в колесном цилиндре может удерживаться только для двух случаев торможения (с увеличением и понижением давления), то система ABS — двухпозиционная. Реализуется такая система с применением двухпозиционных гидроклапанов. Однако с помощью пары двухпозиционных клапанов можно создать один трехпозиционный электрогидроклапан (используется в системах ABS-T4).
Работа системы ABS
Для уяснения принципа действия системы автоматической антиблокировки тормозов (ABS) рассмотрим работу трехканальной трехпозиционной электроклапанной ABS с гидронасосом низкого давления (ABS-T3).
Составными компонентами такой системы ABS являются:
1. Датчики вращения колес (КД);
2. Колесные тормозные цилиндры (КТЦ);
3. (центральный исполнительный механизм — ЦИМ);
4. Главный тормозной цилиндр (ГТЦ);
5. Электронный блок управления (ЭБУ-ABS);
6. Контрольная лампа ABS;
7. Датчик (ДЗ) замедления инерционного типа (для автомобилей 4 WD).
Перечисленные компоненты устанавливаются на автомобилях по-разному. В качестве примера показано расположение составных частей системы ABS на японском автомобиле «SELEKA».
Главным функциональным узлом системы ABS является центральный исполнительный механизм (ЦИМ). Он состоит из:
Функциональная модель системы ABS для одного переднего колеса:
Схема в зависимости от режима торможения может находиться в пяти состояниях:
1. Режим «торможение без ABS». В этом случае: VKl = VK2 = VK3 = VK4 = Va, где Va = (VKl + VK2 + VK3 + VM)/4;
2. Режим «снижения давления» в КТЦ (ослабление силы торможения колес).
Этот режим возникает, когда от колесного датчика КД данного колеса в ЭБУ поступает сигнал о замедлении вращения (состояние, близкое к блокировке колеса). При этом: Va = (VKl + V2 + VK3 + VK4)/4 > VKl, так как Vа Va (колеса со скоростью вращения VK2, VK3, Мни — тормозятся, а со скоростью VKl — вращается свободно).
5. Во всех четырех состояниях функциональная схема при обратном ходе тормозной педали работает на возврат тормозной жидкости обратно в ГГЦ через обратный клапан К3.
Когда тормозная педаль поднимается вверх до отказа, концевой выключатель ПД выключает ЭБУ и система ABS перестает функционировать.
Таким образом, выключатель ПД является датчиком включения и выключения системы ABS.
На некоторых моделях автомобилей дополнительно к ПД на шоферском пульте управления устанавливают второй выключатель системы ABS, которая в таком случае может быть выключена водителем.
Описанные пять состояний системы (торможение без ABS, снижение давления в КТЦ, удержание давления в КТЦ, увеличение давления в КТЦ, возврат тормозной педали) реализуются с помощью трехпозиционного гидроклапана (ГК) с электромагнитным управлением.
В системе ABS предусмотрена и функция надежности. Эта функция отрабатывается при появлении любой неисправности. В таком случае сигналы управления от ЭБУ-Т на исполнительный механизм ABS не подаются, а тормозная система автомобиля начинает работать без ABS.
Следует отметить, что сигналы ЭБУ-Т низкопотенциальные (поступают от микросхем), а сигналы от РБУ к исполнительному механизму ABS силовые, так как проходят от АКБ через сухие контакты реле для ЭД и соленоидов ЭМК. Напряжение на соленоиды гидроклапанов в режиме снижения давления подается непосредственно от АКБ (UK = 12 В). Так формируется прямой ток соленоида 5 А. При этом контакты SFR, SFL, SRR, SRL через мощные транзисторы в ЭБУ замыкаются на «массу».
В режиме «удержания давления» через соленоиды протекает обратный ток 2 А.
При этом в соленоидах направление магнитного потока изменяется на противоположное. Это способствует быстрому срабатыванию гидроклапанов при меньшем токе управления и фиксирует их в заданном для данного режима положении.
Если в тормозной системе автомобиля срабатывает датчик аварийного уровня тормозной жидкости, или введен в действие стояночный тормоз, то ЭБУ-Т выключается (от закорачивания на «массу» контакта РКВ).
ЭБУ-Т через исполнительный механизм ABS управляет скоростью вращения колес с соблюдением определенной закономерности.
Колесные датчики системы ABSКолесные датчики системы ABS
В любой системе автоматического управления гидравлическими тормозами автомобиля (ABS) используются преобразователи частоты вращения колес в электрический импульсный сигнал. Такие преобразователи называются колесными датчиками ABS. По виду преобразования колесные датчики бывают индуктивными или датчиками Холла. В индуктивном колесном датчике за датчиком частоты вращения является ферромагнитный зубчатый диск — ротор датчика (РД), который устанавливается непосредственно на приводном валу ведущего колеса, или на вращающейся ступица пассивного колеса. Сам индуктивный датчик устанавливается над зубчатым диском с воздушным зазором не более 2 мм.
По принципу действия и устройству индуктивный колесный датчик аналогичен датчику угловых импульсов (ДУИ) системы зажигания. Количество зубцов на роторе колесного датчика в разных системах ABS может быть различным (от 24 до 90). Оно определяет число генерируемых датчиком электрических импульсов, приходящихся на один оборот колеса. По числу импульсов в ЭБУ-Т легко определяется частота (или скорость) вращения колеса.