Антиблокировочная система (ABS) | Диагностика двигателя
Как ни странно, но многие дорожно-транспортные происшествия происходят из-за высокой эффективности тормозной системы автомобиля. Причиной этого является то, что экстренное торможение может привести к полной блокировке колёс. Вследствие прекращения вращения (блокировки), колёса теряют сцепление с дорожным покрытием, автомобиль перестаёт реагировать на рулевое управление, скорость автомобиля с заблокированными колёсами снижается медленно. Для того чтобы не допустить блокировки колёс и срыва автомобиля в занос, опытные водители тормозят методом прерывистых нажатий на педаль тормоза
Электронный контроль системы ABS позволяет достигать гораздо лучшего торможения в аварийных ситуациях. Главной задачей системы ABS является обеспечение максимально возможного сцепления колёс с дорогой методом предотвращения полной остановки колес. За счёт этого сохраняется управляемость автомобиля при любых состояниях дорожного покрытия.
Это очень сложная задача, так как необходимо учитывать множество факторов: состояние дорожного покрытия, скорость движения автомобиля, значение величины замедления каждого колеса, состояние подвески и возможные вибрации оси колес.
Устройство и принцип действия АБС
Антиблокировочная система состоит из трёх основных элементов: электронного блока управления, гидравлического блока и датчиков скорости вращения колёс.
Колёсные датчики АБС
В основе работы большинства датчиков скорости вращения колёс используется принцип электромагнитной индукции. Такой датчик состоит из намагниченного сердечника, расположенного внутри катушки. На ступице колеса закреплён зубчатый венец. Датчик неподвижно крепится над торцом этого венца. При вращении колеса, вблизи магнитного сердечника датчика проходят зубцы и впадины зубчатого венца и изменяют величину магнитного потока внутри сердечника датчика. За счёт этого в обмотке датчика индуцируется электрический ток. Частота этого переменного электрического тока прямо пропорциональна угловой скорости вращения колеса и количеству зубцов на роторе.
Полученный таким образом сигнал датчика о скорости вращения колеса передается посредством электропроводки к электронному блоку управления.
Электронный блок управления
Получая и обрабатывая информацию от колёсных датчиков, блок управления отслеживает скорость движения автомобиля, сравнивает сигналы датчиков, вычисляет фактическое ускорение или замедление каждого колеса. По заранее запрограммированным в память таблицам, блок управления определяет возможную стратегию торможения, состояние дороги, максимально допустимую величину тормозного давления, при котором возможна потеря сцепления с дорогой и начало блокировки колёс. На основании этих расчётов, блок управления отдает команды модуляторам на уменьшение давления, увеличение давления или сохранении его на том же уровне для каждого колеса в отдельности. Кроме того, блок управления определяет возможные неисправности датчиков, модуляторов и других элементов тормозной системы. В случае их выявления, в память блока ABS записывается соответствующий код неисправности, включается индикатор неисправности системы, и система ABS отключается до следующего включения зажигания.
При последующем включении зажигания блок управления производит проверку системы и при отсутствии признаков неисправности включается в работу.
Модуляторы гидравлического блока
Команды от электронного блока управления выполняют модуляторы, содержащие, как правило, по два электромагнитных гидравлических клапана для каждого колеса. Первый клапан модулятора перекрывает доступ жидкости от главного тормозного цилиндра в магистраль к колесу. Второй клапан модулятора при избыточном давлении открывает путь из магистрали в резервуар аккумулятора-накопителя тормозной жидкости. Модулятор работает с частотой от четырёх до семнадцати Герц.
Гидравлический блок соединен с тормозной магистралью идущей от главного тормозного цилиндра. Клапана гидравлического блока управляют давлением жидкости в контурах тормозной системы. Если колесо начало блокироваться, электронный блок управляет клапанами так, что подача тормозной жидкости к рабочему цилиндру колеса временно прекращается.
Если этого оказывается недостаточно для предотвращения блокировки колеса, электронный блок направляет тормозную жидкость в отводную магистраль аккумулятора-накопителя, снижая тем самым давление в рабочем цилиндре колеса. Как только колесо вновь начинает вращаться и достигает некоторого значения угловой скорости, электронный блок подает другую команду, клапана открываются, и гидравлическое давление опять передаётся на тормозной механизм. При заполнении аккумулятора-накопителя жидкостью, включается электрический насос, возвращающий тормозную жидкость в основную магистраль. Торможение и растормаживание колеса происходят периодически. Этот процесс называют модуляцией, а гидравлический блок иногда называют модулятором тормозного давления. Водитель ощущает работу модулятора системы ABS в виде периодических толчков на педали тормоза до тех пор, пока не исчезнет угроза блокирования колёс или вплоть до полной остановки автомобиля.
Система ABS приводится в активное состояние при условиях, что педаль тормоза нажата, зажигание включено и скорость движения автомобиля выше некоторой минимальной скорости, обычно, более 10.
. .15 км / ч.
Осциллограммы напряжения выходного сигнала колёсных датчиков системы ABS, полученные при экстренном торможении автомобиля на скользком дорожном покрытии.
Колёса автомобиля, сигналы от колёсных датчиков которых показаны оранжевым и зелёным цветами (каналы 2 и 4), приближались к грани блокировки. Но электронный блок управления своевременно распознавал опасность блокирования колеса и отдавал к клапанам модулятора соответствующие управляющие сигналы, обеспечивающие снижение тормозного усилия создаваемого тормозным механизмом блокирующегося колеса. Благодаря этому, колесо растормаживалось и вновь начинало вращаться, сохраняя, таким образом, курсовую устойчивость автомобиля. При повторном возникновении опасности блокирования, какого либо из колёс процесс повторялся.
Типовые неисправности ABS
Современные системы ABS обладают достаточно высокой надёжностью и способны длительное время исправно работать. Электронные блоки системы ABS отказывают крайне редко, поскольку защищены специальными реле и предохранителями.
Самыми уязвимыми в системе ABS являются колёсные датчики и их электропроводка, зубчатые диски, располагаемые вблизи вращающихся деталей ступицы или полуосей. Место их расположения благополучным никак не назовёшь: различные загрязнения, удары, или даже слишком большой люфт в подшипниках ступицы способны вызвать поломку колесных датчиков или привести к повреждению зубчатого диска, что чаще всего становится причиной неправильной работы системы ABS.
Целостность обмотки колесного датчика можно проверить путём измерения его сопротивление, значение которого должно быть близки 1 kQ и не должно изменяться при изгибе провода датчика. Повреждения колёсных зубчатых дисков определить без применения осциллографа очень сложно.
Осциллограммы напряжения выходного сигнала колёсных датчиков системы ABS, полученные при движении автомобиля без торможения со стабильной скоростью.
- Осциллограмма напряжения выходного сигнала исправного датчика частоты вращения (в данном случае заднего правого колеса), работающего в паре с неисправным зубчатым диском.
В задающем диске образовалась трещина. - Осциллограмма напряжения выходного сигнала исправного датчика частоты вращения (в данном случае переднего правого колеса).
- Осциллограмма напряжения выходного сигнала неправильно установленного исправного датчика частоты вращения (в данном случае заднего левого колеса). Амплитуда выходного сигнала датчика уменьшена из-за увеличенного зазора между датчиком и зубчатым диском.
- Осциллограмма напряжения выходного сигнала исправного датчика частоты вращения (в данном случае переднего левого колеса).
В задающем диске образовалась трещина.При несоответствии сигналов, поступающих от колёсных датчиков или при определении других неисправностей, система ABS полностью отключается, загорается сигнальная лампа «ABS». Тормозная система при этом продолжает работать так, как на обычном автомобиле без системы ABS.
На работоспособность системы ABS так же влияет величина напряжения аккумуляторной батареи, так как исполнительные элементы гидравлического блока могут потреблять большой ток в активном состоянии.
При уменьшении напряжения ниже 10,5 V уже сложно обеспечить необходимый режим работы модуляторов, и система ABS может самостоятельно выключиться через предохранительный электронный блок.
БГАК — Учебные материалы — Д.В.Фокин — Современные автомобильные технологии — Теория — Тормозное управление
Системы управления тормозами
Антиблокировочная система (ABS)
Если рассматривать ESC как систему более высокого уровня, «центральную систему», то антиблокировочная система ABS является первоисточником, из которого развились все остальные системы контроля сцепления с дорогой. Первые электронные системы ABS были представлены в 1969 году.
Принцип работы системы ABS заключается в ограничении давления в тормозной системе настолько, чтобы через пятно контакта всё ещё могли передаваться боковые направляющие усилия.
При экстренном
торможении одно из колёс (или несколько колёс) будут начинать блокироваться
раньше, чем остальные, поскольку трение между шиной и дорожным покрытием
зависит от множества причин и постоянно изменяется.
При блокировании одного из
колёс говорят также о 100% проскальзывании. При этом заблокированное колесо
скользит по дорожному покрытию, примерно как ластик при стирании скользит по
поверхности бумаги. С исчезновением между шиной и дорогой трения сцепления
(трения покоя) колёса теряют возможность передавать боковые усилия,
удерживающие автомобиль на курсе его движения. Автомобиль теряет управляемость,
и малейшее случайное боковое усилие приводит к его заносу (рис.5.2.27).
Рисунок 5.2.27 – Экстренное торможение автомобиля без ABS
Только появление
первых практически применимых систем ABS дало возможность эффективно
предотвращать такое развитие опасных ситуаций. ABS повышает курсовую
устойчивость автомобиля тем, что не допускает блокировки колёс. Она уменьшает
давление в тормозах соответствующих колёс до тех пор, пока между шиной и
покрытием не восстановится трение покоя, при котором возможна передача
максимального тормозящего усилия. При этом восстанавливается возможность колеса
воспринимать боковые усилия, т.
Рисунок 5.2.28 – Экстренное торможение автомобиля с ABS
Поскольку свойства дорожного покрытия в пределах тормозного пути могут меняться, система должна быть в состоянии не только удерживать заданное давление, но и при необходимости довольно быстро уменьшать или увеличивать его (см. пример далее, рис.5.2.29).
Рисунок 5.2.29 – График изменения давления в тормозной системе в зависимости от коэффициента сцепления колес с дорогой
Водитель
начинает торможение на мокром дорожном покрытии (отрезок 1). Заданное им
тормозное давление (степень нажатия педали тормоза) привело бы в этих условиях
к блокированию колёс. ABS ограничивает тормозное давление до необходимого значения
и поддерживает его на этом уровне, пока свойства дорожного покрытия не
изменятся (отрезок 2). Затем мокрый участок дороги сменяется сухим, в
результате чего тормозное давление снова можно начать повышать (отрезок 3). После
увеличения значение давления снова ограничивается на новом, более высоком
уровне (отрезок 4).
Цель такого алгоритма регулирования — обеспечить минимальный тормозной путь, который возможен только при безусловном сохранении управляемости автомобиля.
На примере автомобиля Audi Q5 будут коротко описаны все основные компоненты системы, которые требуются для реализации функций различных систем, рассматриваемых далее.
Компоненты, необходимые для реализации самой функции ABS, выделены синим цветом (рис.5.2.30).
Рисунок 5.2.30 – Расположение компонентов ABS на автомобиле
Реализация необходимого тормозного давления осуществляется с помощью трёх следующих основных функций:
• поддержания тормозного давления постоянным на текущем уровне;
• уменьшения текущего тормозного давления;
• увеличения текущего тормозного давления.
Для повышения
безопасности автомобиля гидропривод тормозов выполняется двухконтурным.
Неисправность одного из компонентов приводит к отказу только одного из
контуров, автомобиль при этом может быть остановлен с помощью другого контура.
Тормозные механизмы можно разделить на контуры по осям (контур передних и контур задних колёс) или по диагонали (контур левого переднего/правого заднего колеса и контур правого переднего/левого заднего колеса). Как правило, применяется диагональная схема разделения контуров.
В гидравлическом блоке объединены все гидравлические компоненты, требующиеся для реализации функций увеличения давления, поддержания давления и уменьшения давления. Это, прежде всего, электромагнитные клапаны, а также насос обратной подачи с его электрическим приводом.
Помимо этого, в
гидравлическом блоке имеются аккумуляторы давления, различные внутренние каналы
и обратные клапаны. Для регистрации фактического тормозного давления внутри блока
устанавливается также как минимум один (больше в зависимости от комплектации)
датчик давления в тормозной системе.
Каждому тормозному цилиндру в пределах его контура соответствует один впускной и один выпускной клапан ABS. Тем самым тормозной механизм каждого колеса может управляться независимо от остальных.
Схема гидравлических контуров ABS представлена на рисунке 5.2.31.
Рисунок 5.2.31 – Схема гидравлических контуров ABS
В отличие от системы ESP, для включения системы ABS необходимо, чтобы водитель нажал на педаль тормоза. Система не приводится в действие самостоятельно.
При торможении (рис.5.2.32) блок управления ABS на основании частот вращения колес вычисляет скорость автомобиля. Затем он сравнивает частоты вращения отдельных колес со скоростью автомобиля и вычисляет значения тормозного проскальзывания.
Рисунок 5.2.32 – Работа ABS при нажатии педали тормоза водителем
При возникновении опасности блокирования одного или нескольких колёс ABS предотвращает дальнейшее увеличение давления в соответствующих тормозных цилиндрах.
Субъективно
водитель воспринимает срабатывание ABS как лёгкое пульсирование педали тормоза.
Эти пульсации возникают вследствие изменения давления в гидравлическом контуре
при работе ABS. Автомобиль сохраняет управляемость, поскольку ABS предотвращает
блокирование отдельных колёс. Отключить функцию ABS вручную нельзя.
Когда блок управления ABS распознаёт опасность блокирования одного из колёс, он отдаёт команду закрыть впускной клапан ABS этого колеса, оставляя при этом выпускной клапан ABS закрытым. Тем самым давление в соответствующем тормозном цилиндре удерживается на достигнутом уровне и не увеличивается при дальнейшем усилении нажатия на педаль тормоза (рис.5.2.33).
Рисунок 5.2.33 – Работа ABS в режиме удержания
Если колесо продолжает демонстрировать склонность к блокированию, блок управления открывает соответствующий выпускной клапан ABS, оставляя при этом впускной клапан закрытым (рис.5.2.34).
Рисунок 5.2.34 – Работа ABS в режиме сброса давления
Тормозная жидкость
перетекает в аккумулятор давления, и давление в тормозном цилиндре падает. Тем
самым вращение колеса может снова ускориться.
Если объём аккумулятора оказывается недостаточным для того, чтобы устранить склонность колеса к блокированию, блок управления ABS включает насос обратной подачи, который, преодолевая давление, созданное нажатием педали водителем, перекачивает тормозную жидкость в компенсационный бачок. При этом водитель ощущает пульсацию педали тормоза.
Как только угловая скорость колеса превышает определённое значение, блок управления закрывает выпускной клапан ABS и открывает впускной (рис.5.2.35). Насос обратной подачи при необходимости продолжает работать.
Рисунок 5.2.35 – Работа ABS в режиме увеличения давления
Как только вновь будет достигнуто давление, при котором возникнет опасность блокирования колеса, цикл «удержание давления» — «сброс давления» — «увеличение давления» повторяется снова, и так до тех пор, пока торможение не будет завершено, или пока сравнение угловых скоростей колёс не покажет, что опасности блокирования больше нет.
Эти функции
включаются короткими импульсами, продолжительность которых измеряется в
миллисекундах.
На графике (рис.5.2.37) показан пример возможной последовательности таких импульсов.
Рисунок 5.2.37 – График работы системы ABS
Рассчитанное блоком управления ABS значение мгновенной скорости автомобиля предоставляется другим пользователям/системам автомобиля в виде выходного сигнала. Система ABS рассчитывает скорость автомобиля с высокой точностью, поэтому на основании этого сигнала отображается также скорость на спидометре в комбинации приборов.
В соответствующих случаях блок управления ABS передаёт в блок управления двигателя сигнал «плохой» дороги.
Блок
управления использует сигналы датчиков детонации для регистрации пропусков
воспламенения и вызванной этими пропусками неравномерной работы двигателя. На
плохих дорогах неравномерности в работе двигателя могут быть вызваны также
передачей импульсов (сил) с неровностей дорожного полотна на ведущие колеса.
Блок управления ABS распознаёт участки дороги с плохим покрытием, анализируя сигналы
датчиков частоты вращения колёс, и передаёт эту информацию в блок управления
двигателя.
Таким образом, блок управления двигателя «знает», что неравномерности
работы вызваны внешними факторами, и не предпринимает попыток отрегулировать
работу двигателя для их устранения.
Что должны знать все водители от экспертов по предотвращению столкновений In Control
АБС или антиблокировочная тормозная система стали обычным явлением в США, но не все знают об их преимуществах или даже о том, как правильно их использовать. Антиблокировочная тормозная система, которая теперь присутствует во всех современных автомобилях США 2012 года выпуска и новее, предотвращает блокировку колес и помогает шинам сохранять сцепление с дорожным покрытием.
Антиблокировочная система очень проста в использовании. Если ваша цель — остановиться на кратчайшем расстоянии, нажмите на тормоз как можно сильнее. Когда вы нажмете на тормоз, вы услышите неприятный скрежещущий звук и почувствуете, как педаль будет пульсировать вперед и назад под вашей ногой, но это нормально. Эта обратная связь означает, что ваша ABS работает правильно.
Как это работает?
ABS является частью общей системы стабилизации, широко известной как электронная система контроля устойчивости, которая отслеживает скорость вращения колес и другие факторы. К каждому колесу вашего автомобиля прикреплен датчик. Если датчики обнаруживают, что колесо вот-вот заблокируется и перестанет двигаться, система сбросит часть тормозного давления. Освобождение только на мгновение. Затем система ABS постоянно и неоднократно применяет оптимальное тормозное давление к каждому колесу, позволяя системе максимально тормозить без блокировки колес.
Когда ABS активна, вы можете почувствовать пульсацию через педаль тормоза, когда нажимаете на нее. Они могут ощущаться как незначительные вибрации или сильные пульсации, при которых педаль совершает почти полное движение. Вы также, вероятно, услышите различные механические шумы (например, скрежет). Эта обратная связь, которую вы слышите и чувствуете, когда система ABS активна, является нормальной и должна рассматриваться как «утешение» в опасной ситуации, когда вам нужна система ABS, потому что шум дает вам знать, что она работает правильно.
Антиблокировочная тормозная система отдает предпочтение сохранению контроля над автомобилем, а не обеспечению максимально короткого тормозного пути. ABS помогает водителю продолжать управлять автомобилем, предотвращая блокировку колес. Хотя можно избежать блокировки колеса, регулируя давление на педаль тормоза в автомобиле без АБС, этот метод порогового торможения намного сложнее и требует определенного уровня навыков.
Существует распространенное заблуждение, что ABS помогает сократить тормозной путь. При правильном использовании ABS обеспечивает довольно короткий тормозной путь в целом, но это не главная причина, по которой она должна быть у всех. Его самым большим преимуществом является то, что он поддерживает вращение колес до тех пор, пока автомобиль не остановится, что позволяет вам, как водителю, сохранять контроль над автомобилем и при необходимости сохранять способность управлять автомобилем. ABS очень проста в использовании и требует много навыков, чтобы избежать потенциально смертельной аварии.
Другие преимущества
Простота использования: нажмите на тормоз как можно сильнее, если ваша цель — быстро остановиться или замедлить движение.
Автомобили, оснащенные ABS, реже попадают в аварии со смертельным исходом.
ABS снижает вероятность лобового столкновения на мокрой и сухой дороге.
Автомобили с АБС редко сбиваются с дорожного покрытия.
Лаборатория автомобильной электроники Clemson: Антиблокировочные тормозные системы
Антиблокировочная система тормозов
|
Это может привести к увеличению тормозного пути или даже к потере управляемости. Системы ABS отслеживают скорость вращения колес в режиме реального времени и автоматически регулируют тормозное давление, чтобы предотвратить блокировку колес и улучшить контроль водителя над автомобилем. Теперь они часто сочетаются с другими системами, такими как электронное распределение тормозного усилия (EBD), электронный контроль устойчивости (ESC) и контроль тяги, чтобы еще больше повысить контроль над автомобилем и безопасность водителя. Основными компонентами этих систем являются обычные тормозные детали (такие как педаль тормоза, гидравлические цилиндры и магистрали), датчики скорости вращения колес и гидравлический модулятор, управляемый электронным блоком управления. Архитектура системы ABS (включая гидравлический модулятор) показана на рисунке ниже.
Тогда впускной и выпускной клапаны остаются закрытыми, чтобы удерживать это давление и обеспечивать достаточный тормозной момент для колесных тормозных цилиндров. Как только блок управления обнаруживает чрезмерную пробуксовку колеса, открывается соответствующий выпускной клапан, чтобы сбросить давление в аккумуляторе (D) и предотвратить возможную блокировку колеса. Избыток тормозной жидкости возвращается в главный цилиндр через возвратный насос (Е). После того, как проскальзывание колеса приходит в норму, соленоиды клапанов обесточиваются и гидромодулятор возобновляет штатный процесс торможения.
Таким образом, автомобиль поддерживает максимальное замедление без полной потери управляемости.