|
СХЕМЫ---->
СХЕМЫ АВТОЭЛЕКТРОНИКИ статьи № 1-50
Системы автоматического управления гидравлическими тормозами автомобиля
Д.Соснин
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 этом случае сцепление колесных шин с автодорогой не может быть одинаковым. Всем известно, к чему это может привести при движении автомобиля по скользкой дороге. 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 уравнять 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 этой системы стало ясно, что с помощью автоматического управления тормозами можно реализовать целый ряд совершенно новых способов управления движением автомобиля. В статье описаны системы автоматического управления гидравлическими тормозами автомобиля (ГТА).
1. Предварительные замечания
Езда на автомобиле по мокрому или 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, сумеет не каждый водитель. Неприятная ситуация возникает и в тех случаях, когда автомобиль попадает в глубокий снег, в песок или в непролазную грязь на дороге, — одно ведущее колесо проворачивается и все глубже зарывается, а другое — неподвижно. Стронуть автомобиль с места без посторонней помощи в этом случае 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). Ситемы ABS и EBV обеспечивают плавное торможение без юза и заноса, а системы EDS и ASR (DSA) способствуют устойчивому движению автомобиля вперед при страгивании с места и в начале разгона.
2. Тормозная система автомобиля
Тормозная система автомобиля — это устройство, с помощью которого водитель может полностью остановить движущийся автомобиль или понизить скорость его движения, или обеспечить стояночную
блокировку колес с целью удержания автомобиля от самопроизвольного скатывания с места. Тормозная система содержит две части: стояночный тормоз с ручным приводом и рабочие тормоза с управлением от усилия ноги водителя.
Стояночный тормоз — это механическое устройство, с помощью которого водитель блокирует задние колеса на время стоянки автомобиля. Рабочий тормоз — это та часть тормозной системы, которая работает на притормаживание или на полную остановку автомобиля во время его движения. Современные рабочие тормоза легкового автомобиля — это достаточно сложное механико-гидравлическое устройство, основная функция которого заключается в передаче усилия от тормозной педали водителя к колесным тормозным колодкам. Торможению подлежат все колеса автомобиля. Показанная на рис. 1 тормозная система автомобиля является двухконтурной, так как жидкостные каналы передних и задних гидравлических тормозов разделены конструкцией главного тормозного цилиндра (ГТЦ). По конструкции исполнения гидравлические тормозные системы подразделяют на барабанные и дисковые.
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 устанавливают как на передние, так и на задние колеса.
3. Тормозные силы и блокировка колес
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; дорожное сопротивление трению, возникающее между шинами колес автомобиля и поверхностью дороги. Если Rт меньше 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. Rт станет больше и произойдет так называемая блокировка колес, которая приводит к юзу, т.е. к движению по автодороге без вращения колес. Юз любого колеса автомобиля, любой пары колес или всех колес сразу приводит к потере устойчивости движения автомобиля по автодороге. Движение автомобиля юзом наиболее часто возникает на скользких дорогах зимой, а также летом во время или после дождя. Из сказанного ясно, что блокировка колес при торможении является главным и потенциально опасным недостатком классической тормозной системы автомобиля. От этого недостатка свободна тормозная система с автоматической антиблокировкой колес.
4. Тормозная система
автомобиля
с автоматической
антиблокировкой колес
Гидравлическая тормозная система (рис. 2) 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 ГТЦ надо разделить на четыре потока и обеспечить торможение каждого колеса в отдельности.
Для реализации четырехконтурной тормозной системы с автоматическим управлением в каждом канале устанавливают электроуправляемый гидравлический клапан, который обеспечивает регулирование давления тормозной жидкости в колесном тормозном цилиндре (КТЦ). Электроуправляемые гидроклапаны конструктивно объединяют в центральный исполнительный механизм (ЦИМ), который управляется электрическими сигналами от ЭБУ АBS. 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 (КД) в виде числа электрических импульсов, приходящихся 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.
5. Разновидности систем ABS
В настоящее время на легковых автомобилях применяется достаточно большое количество разнообразных вариантов исполнения систем ABS. Общим для всех является то, что они дополняют рабочие функции тормозной системы автомобиля принципиально новым качеством — способностью интенсивного торможения без блокировки колес. Для достижения этой цели любая система ABS, помимо основных компонентов, содержит датчики частоты вращения колес (КД), электронный блок управления гидротормозами автомобиля (ЭБУ-Т) и центральный гидравлический исполнительный механизм (ЦИМ), который раздельно управляет колесными тормозными цилиндрами (КТЦ), а сам управляется от электрических сигналов ЭБУ-Т.
Разновидности систем ABS можно классифицировать на четыре типа по четырем отличительным признакам (рис. 3):
а — конструктивным особенностям системы; б — функциональным возможностям системы; в — компонентному составу; г — эксплуатационным свойствам (преимуществам и недостаткам). Если система ABS выполнена с применением шариковых клапанов (ШК), которые управляются поршневыми толкателями, а последние в свою очередь приводятся в действие червячными передачами (ШЧМ) от электродвигателя — ЭД (рис. 4), то такая система работает без гидронасоса с использованием давления от ГТЦ и классифицируется как вентильная ABS (ABS-V) или как ABS первого типа (ABS-Т1). 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 (см. поз. ABS-T2). В состав ЦИМ такой системы дополнительно входят три гидравлических клапана: предохранительный (ПХК), перепускной (ППК) и переключающий (ПКК). 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-Т3). Система дополняется регулятором-распределителем давления (РРД) и редукционным клапаном (РК).
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 клапанно-поршневых 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.
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 ГТЦ (ABS-T1).
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 японских автомобилях ТОYОТА 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 года выпуска), в которой в качестве рабочего давления используется давление гидроусилителя руля — ГУР (см. ABS-Т2).
Если с помощью ABS регулировке подвергается каждое из четырех колес в отдельности, то система называется четырехканальной. Применяется на большинстве современных автомобилей высокого потребительского класса (см. ABS-Т3 и ABS-T4).
Если ABS используется на полноприводном автомобиле, то в системе устанавливается специальный инерционный датчик (рис. 5),
а система называется ABS с датчиком (ДЗ) замедления (может быть одно-, трех- или четырехканальной, в отдельный тип не выделяется, см. ABS-T2 и ABS-ТЗ). Если давление в управляемом с помощью ABS колесном цилиндре может удерживаться для трех случаев торможения (торможение с повышением, удержанием и понижением давления), то система ABS трехпозиционная (см. ABS-ТЗ и ABS-T4). Специфический компонент трехпозиционной ABS — трехпозиционный гидроклапан с электромагнитным управлением от ЭБУ-Т.
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).
Системы автоматического управления гидравлическими тормозами автомобиля. Часть 2 и 3.
|
